Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích hiệu quả thông gió tự nhiên trong không gian căn hộ bằng chương trình phân tích số

Chia sẻ: ViJiji ViJiji | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn được nghiên cứu với mục tiêu nhằm tính toán, mô phỏng được nhiệt độ và vận tốc của dòng không khí trong các công trình nhà cao tầng. Sử dụng các kết quả về sự phân bố nhiệt độ và vận tốc dòng không khí để đánh giá mức độ thoải mái của người sống trong căn hộ. Đưa ra các cải tiến cần thiết nếu mô hình ban đầu chưa đạt hiệu quả (chưa tạo được sự thoải mái cho người ở).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích hiệu quả thông gió tự nhiên trong không gian căn hộ bằng chương trình phân tích số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN PHAN VI KHA PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG KHÔNG GIAN CĂN HỘ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng Mã số: 8.58.02.01 Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thanh Nguyên Long An– 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN PHAN VI KHA PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG KHÔNG GIAN CĂN HỘ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng Mã số: 8.58.02.01 Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thanh Nguyên Long An– 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi.Các số liệu, và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong các tạp chí khoa học và công trình nào khác. Các thông tin số liệu trong luận văn này đều có nguồn gốc và được ghi chú rõ ràng./. Tác giả Phan Vi Kha
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề cương luận văn này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của tập thể và các cá nhân. Tôi xin tỏ lòng biết ơn đến Thầy PGS.TS.Trương Tích Thiện, Thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp tôi hệ thống hóa lại kiến thức, bản than khám phá thêm nhiều điều mới trong quá trình nghiên cứu luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Phòng Sau đại học và Quan hệ Quốc tế trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình học và nghiên cứu khóa học tại đây. Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót. Kính mong Quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Phan Vi Kha
iii TÓM TẮT Không khí là môi trường mà con người luôn phải sống, làm việc và nghỉ ngơi trong đó. Để đảm bảo được sức khoẻ và nâng cao hiệu suất làm việc của con người thì cần có một hệ thống thông gió tốt. Trong đó, phương pháp thông gió tự nhiên vừa có khả năng cung cấp chất lượng không khí tốt trong nhà và thoải mái về nhiệt, đồng thời còn giảm chi phí cho việc sử dụng năng lượng khá đáng kể đã trở thành một trong những chiến lược bền vững và quan trọng trong việc thiết kế xây dựng và thu hút được sự quan tâm của các nhà đầu tư. Ba phương pháp có thể sử dụng trong nghiên cứu thông gió tự nhiên: thực nghiệm, lý thuyết thuần tuý và tính toán động lực học lưu chất (CFD). Phương pháp thực nghiệm đòi hỏi phải phải có chi phí cao, phương pháp giải tích đòi hỏi mô hình phải đơn giản để thỏa mãn các điều kiện của phương trình chủ đạo.CFD hiện nay đóng một vai trò rất quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực phân tích các dòng lưu chất. Trong luận văn này, tác giả sử dụng phương pháp CFD để phân tích quá trình thông gió tự nhiên trong căn hộ. Ngoài điều kiện về gió, các điều kiện về nhiệt độ cũng được xét đến trong bài toán.Chất lượng của quá trình thông gió tự nhiên được đánh giá thông qua tiêu chuẩn APDI.
iv ABSTRACT Air is an environment in which people always live, work and rest. To ensure the health and improve the performance of people, a good ventilation system is needed. In particular, the natural ventilation method has the ability to provide good indoor air quality and heat comfort, while reducing the cost of using energy quite significantly has become one of the wars. Strategic sustainability and important in construction design and attract the attention of investors. Three methods can be used in the study of natural ventilation: experimental, theory and computational fluid dynamics (CFD). Experimental methods require high costs, analytical methods require a simple model to satisfy the conditions of the dominant equation. CFD is a popular method, widely used in the field of fluid flow analysis. In this thesis, the author uses the CFD method to analyze the natural ventilation process in an apartment. In addition to wind conditions, temperature conditions are also considered in the problem. The quality of the natural ventilation process is assessed through APDI standard.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................ ii TÓM TẮT ...................................................................................................................................... iii ABSTRACT .................................................................................................................................. iv MỤC LỤC ....................................................................................................................................... v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT .......................................................................... vii DANH MỤC VIẾT TẮT TIẾNG ANH .................................................................................. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................................... viii DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ ...................................................................................... ix CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ................................................................................. 1 1.1. Tính cần thiết của đề tài ....................................................................................................1 1.2. Các giải pháp thiết kế ........................................................................................................1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................................2 1.2.1. Mục tiêu chung ............................................................................................ 2 1.2.2. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................... 2 1.3. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................................2 1.4. Phạm vi nghiên cứu ...........................................................................................................3 1.5. Câu hỏi nghiên cứu ............................................................................................................3 1.6. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................................4 1.7. Tổng quan các công trình nghiên cứu trước .................................................................4 1.7.1. Các nghiên cứu trong nước: ......................................................................... 4 1.7.2. Các nghiên cứu ở nước ngoài ...................................................................... 5 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................................... 6 2.1. Lý thuyết thông gió tự nhiên ............................................................................................6 2.1.1. Khái niệm [1] .............................................................................................. 6 2.1.2. Phân loại thông gió tự nhiên [1] ................................................................... 7 2.2. Lý thuyết cơ bản về không khí [1] ................................................................................ 11 2.2.1. Không khí ẩm ............................................................................................ 11 2.2.2. Các thông số của không khí ẩm ................................................................. 12 2.2.3. Quá trình hòa trộn 2 dòng không khí [2] .................................................... 13 2.3. Lý thuyết truyền nhiệt [2]............................................................................................... 14
vi 2.3.1. Dẫn nhiệt qua vách phẳng.......................................................................... 14 2.3.2. Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian rộng ...................................... 15 2.3.2.Trao đổi nhiệt bức xạ .................................................................................. 16 2.4. Lý thuyết về chỉ số đánh giá mức độ thoải mái của con người trong phòng (ADPI) [5] ................................................................................................................................. 16 2.4.1. Giới thiệu .................................................................................................. 16 2.4.2. Cách xác định chỉ số ADPI ........................................................................ 17 2.5. Computational Fluid Dynamics – CFD [3] ................................................................. 17 2.5.1. Giới thiệu .................................................................................................. 17 2.5.2. Phương pháp mô hình hóa dòng lưu chất ................................................... 18 2.5.3. Những phương trình chủ đạo của CFD [4] ................................................. 20 2.5.4. Áp dụng phương pháp thể tích hữu hạn vào bài toán CFD [4] ................... 20 CHƯƠNG 3.PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN CHO CĂN HỘ CHUNG CƯ ................................................................................................................................ 22 3.1. Mô hình căn hộ chung cư SGC Nguyễn Văn Luông ................................................ 22 3.1.1. Thông tin căn hộ ........................................................................................ 22 3.1.2. Tính toán các thông số điều kiện biên cho mô hình.................................... 24 3.1.3. Tính toán mô phỏng thông gió tự nhiên cho mô hình ................................. 30 3.1.4. Kết quả mô phỏng ..................................................................................... 34 3.1.5. Đánh giá hiệu quả thông gió ...................................................................... 38 3.1.6. Kết luận ..................................................................................................... 41 3.2. Mô hình căn hộ cải tiến................................................................................................... 41 3.2.1. Mô hình hóa .............................................................................................. 41 3.2.2. Điều kiện biên ........................................................................................... 43 3.2.3. Kết quả mô phỏng ..................................................................................... 44 3.2.4. Đánh giá hiệu quả thông gió ...................................................................... 49 3.2.5. So sánh kết quả giữa mô hình cải tiến và mô hình ban đầu ........................ 51 CHƯƠNG 4.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................... 53 4.1. Kết luận .............................................................................................................................. 53 4.2. Hướng phát triển .............................................................................................................. 53 4.3. Kiến nghị ........................................................................................................................... 54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 55
vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT STT TỪ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 VN Việt Nam 2 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 3 PP PTHH Phương pháp phần tử hữu hạn 4 PP TTHH Phương pháp thể tích hữu hạn DANH MỤC VIẾT TẮT TIẾNG ANH STT TỪ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 CFD Computational Fluid Dynamics 2 ANSYS Analysis System 3 FEM Finite element method 4 FVM Finite volume method
viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Thành phần của các chất trong không khí khô ............................................ 11 Bảng 2.2. Bảng chọn các trị số C và n cho bài toán đối lưu tự nhiên trong không gian rộng ........................................................................................................................... 16 Bảng 3.1. Bảng thống kê nhiệt độ và lượng mưa trung bình tại thành phố Hồ Chí Minh25 Bảng 3.2. Bảng chọn các thông số a và b theo dạng địa hình...................................... 27 Bảng 3.3. Bảng phân bố vận tốc gió của công trình chung cư .................................... 28 Bảng 3.4. Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi sáng ......................................................................................... 39 Bảng 3.5. Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi chiều ........................................................................................ 39 Bảng 3.6. Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi tối ............................................................................................ 40 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 .................................................................. 49 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 ................................................................ 50 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 ..................................................................... 51
ix DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1. Chung cư SGC Nguyễn Văn Luông ............................................................. 3 Hình 2.1. Hệ thống thông gió tự nhiên trong nhà ......................................................... 6 Hình 2.2. Hiện tượng gió lùa ........................................................................................ 7 Hình 2.3. Nguyên lý thông gió tự nhiên dưới tác dụng nhiệt thừa ................................ 8 Hình 2.4. Thông gió tự nhiên có tổ chức .................................................................... 10 Hình 2.5. Thông gió trọng lực .................................................................................... 10 Hình 2.6. Quá trình hòa trộn hai dòng không khí ....................................................... 14 Hình 2.7. Thể tích kiểm soát hữu hạn ......................................................................... 18 Hình 2.8. Phần tử lưu chất vô cùng bé ....................................................................... 19 Hình 3.1. Mặt bằng điển hình tầng 1 và mặt bằng của căn hộ ..................................... 23 Hình 3.2. Mặt trước và mặt cắt phía trước của công trình ........................................... 23 Hình 3.3. Mặt bên và mặt cắt bên của công trình ....................................................... 24 Hình 3.4. Biểu đồ hoa gió tháng 12 khảo sát tại thành phố HCM ............................... 26 Hình 3.5. Mô hình tính toán cho bài toán trong ANSYS CFX .................................... 30 Hình 3.6. Mô hình lưới của căn hộ ............................................................................. 31 Hình 3.7. Đánh giá chất lượng lưới thông qua chỉ số Skewness ................................. 31 Hình 3.8. Điều kiện biên cho trường hợp buổi sáng ................................................... 32 Hình 3.9. Điều kiện biên cho trường hợp buổi chiều .................................................. 33 Hình 3.10. Điều kiện biên cho trường hợp buổi tối .................................................... 34 Hình 3.11. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi sáng ................................... 35 Hình 3.12. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi chiều .................................. 35 Hình 3.13. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi tối ...................................... 36 Hình 3.14. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi sáng ........................................ 37 Hình 3.15. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi chiều ...................................... 37
x Hình 3.16. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi tối ........................................... 38 Hình 3.17. Tọa độ các điểm lấy mẫu của bài toán ...................................................... 38 Hình 3.18. Mô hình tính toán cho bài toán mô hình mới trong ANSYS CFX ............. 42 Hình 3.19. Mô hình chia lưới cho bài toán mô hình mới ............................................ 43 Hình 3.20. Điều kiện biên cho trường hợp buổi sáng – mô hình mới .......................... 43 Hình 3.21. Điều kiện biên cho trường hợp buổi chiều – mô hình mới ........................ 44 Hình 3.22. Điều kiện biên cho trường hợp buổi tối – mô hình mới ............................. 44 Hình 3.23. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi sáng – mô hình mới ........... 45 Hình 3.24. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi chiều – mô hình mới .......... 45 Hình 3.25. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi tối – mô hình mới .............. 46 Hình 3.26. sánh kết quả phân bố vận tốc giữa mô hình gốc (bên trái) và mô hình mới (bên phải) .................................................................................................................. 46 Hình 3.27. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi sáng – mô hình mới ................ 47 Hình 3.28. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi chiều – mô hình mới ............... 47 Hình 3.29. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi tối – mô hình mới ................... 48 Hình 3.30. So sánh kết quả phân bố nhiệt độ giữa mô hình gốc (bên trái) và mô hình mới (bên phải) ........................................................................................................... 48 Hình 3.31. Tọa độ các điểm lấy mẫu của mô hình mới ............................................... 49 Hình 3.32. So sánh kết quả vận tốc tại các điểm lấy mẫu của mô hình gốc (bên trái) và mô hình mới (bên phải).............................................................................................. 51 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).............................................................................................. 52
1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Tính cần thiết của đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) là vấn đề đang được toàn nhân loại quan tâm. Theo dự báo của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), Việt Nam đứng thứ 3 trong danh sách 10 quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của BĐKH. Điều này lý giải cho hiện tượng nhiệt độ ngày càng tăng dần trong môi trường sống đô thị Việt Nam mà điển hình là chất lượng môi trường vi khí hậu bên trong nhà. Nhà cao tầng hiện nay đang là một xu hướng phát triển ở nhiều thành phố lớn trên thế giới, đặc biệt là các thành phố ở châu Á . Tờ The Economist dẫn chứng, riêng trong năm 2014, gần 100 tòa nhà cao trên 200 m đã được xây dựng, tạo nên một thời kỳ bùng nổ nhà chọc trời. Mặc dù có rất nhiều tòa nhà cao tầng nổi lên trên thế giới mỗi năm nhưng hầu hết chúng đều tiêu thụ lượng năng lượng khổng lồ và nhiều vấn đề khiến cho không gian sống của con người trở nên không thoải mái .Vì vậy việc điều hòa không khí và nhiệt độ trong các tòa nhà cao tầng đang là một trong những vấn đề cần được quan tâm hiện nay. Do vậy đề tài “PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG KHÔNG GIAN CĂN HỘ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH SỐ” là hết sức cấp bách và thiết thực nhằm góp phần giải quyết các vấn đề về sự thoải mái của người ở, tiết kiệm chi phí, năng lượng trong bối cảnh thích ứng với biến đổi khí hậu trong điều kiện như hiện nay. 1.2. Các giải pháp thiết kế Để giải quyết vấn đề này rất nhiều giải pháp được đưa ra nhằm mục đích chống nóng, chống ẩm, thông thoáng không khí tạo không gian sống và làm việc thoải mái cho cư dân trong các tòa nhà cao tầng. Những giải pháp mang tính khả thi cao trong điều kiện hiện nay như:
2 - Bố trí nhà cửa và nội thất hợp lý - Trồng nhiều cây xanh quanh khu vực sống, trên mái nhà để giảm nhiệt độ và tạo không khí trong lành - Quy hoạch tổng thể và chọn hướng công trình (đón gió, đón nắng) - Thiết kế hệ thống thông gió cơ khí (Điều hòa không khí, quạt thổi, hút gió, …) - Thiết kế hệ thống thông gió tự nhiên Với mức độ hiệu quả an toàn về nhiệt, tiết kiệm chi phí xây dựng, giảm thiểu năng lượng tiêu thụ của tòa nhà, thiết kế hệ thống thông gió tự nhiên là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để giải quyết vấn đề trên. Nghiên cứu này sẽ tập trung đi sâu vào giải pháp thiết kế hệ thống thông gió tự nhiên thông qua việc tính toán và mô phỏng vận tốc và nhiệt độ của dòng không khí trong nhà.Từ đó đưa ra những giải pháp thiết kế kiến trúc cho các công trình nhà cao tầng. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1. Mục tiêu chung Áp dụng phương pháp số để mô phỏng, tính toán quá trình thông gió tự nhiên có kiểm soát cho căn hộ nhà cao tầng. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể - Tính toán, mô phỏng được nhiệt độ và vận tốc của dòng không khí trong các công trình nhà cao tầng. Sử dụng các kết quả về sự phân bố nhiệt độ và vận tốc dòng không khí để đánh giá mức độ thoải mái của người sống trong căn hộ. - Đưa ra các cải tiến cần thiết nếu mô hình ban đầu chưa đạt hiệu quả (chưa tạo được sự thoải mái cho người ở). 1.3. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Căn hộ trong chung cư SGC Nguyễn Văn Luông , Phường 11 , Quận 6 , TP HCM [13].
3 Hình 1.1. Chung cư SGC Nguyễn Văn Luông 1.4. Phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung mô phòng dòng không khí (gió) tự nhiên trong không gian căn hộ có kể đến ảnh hưởng từ nguồn nhiệt bức xạ mặt trời, nguồn nhiệt từ các thiết bị gia dụng trong nhà.Các nguồn nhiệt này được xem là nhiệt tĩnh, đồng thời luận văn cũng chỉ xét bài toán cặp đôi nhiệt – lưu chất, bỏ qua sự truyền nhiệt trong kết cấu. 1.5. Câu hỏi nghiên cứu - Chương trình ANSYS CFX có phù hợp với bài toán tương tác lưu chất – nhiệt. - Cơ sở đánh giá tính chính xác của kết quả mô phỏng. - Nguồn nhiệt được xem gần đúng là nguồn nhiệt tĩnh. - Lược bỏ bớt một số vật dụng trong không gian căn hộ.
4 1.6. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng các phần mềm CFD (ANSYS CFX) để mô phỏng bài toán đã được công bố bởi các nhà khoa học để so sánh kết quả. Từ đó rút ra phương pháp đúng để giải bài toán thực tế. - Nghiên cứu các công trình nhà cao tầng trong thực tế, thiết lập các điều kiện biên cho bài toán như trường nhiệt độ và vận tốc. Từ đó tiến hành mô phỏng tính toán và đánh giá kết quả. - Các phương pháp tính toán được sử dụng: Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phương pháp thể tích hữu hạn (FVM). 1.7. Tổng quan các công trình nghiên cứu trước 1.7.1. Các nghiên cứu trong nước Tại Việt Nam, đã có một số nghiên cứu lý thuyết về vấn đề thông gió tự nhiên trong các không gian sống, nhưng các nghiên cứu này chỉ dừng lại ở ý tưởng hoặc tính toán giải tích. - Năm 2016, Phạm Đức Nguyên [1,2] đã đưa ra những giải pháp thông gió tự nhiên có kiểm soát bằng các hệ thống quạt hút và đẩy không khí trong các không gian sống trong bài báo “bàn về phương pháp thiết kế kiến trúc xanh ở Việt Nam” đăng trên tạp chí Kiến trúc. Nghiên cứu này cũng chỉ dừn/8g lại ở việc đề xuất ra các giải pháp, do đó cần có thêm những nghiên cứu về mô phỏng trên máy tính cũng như các nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường cho các trường hợp cụ thể. - Nguyễn Thị Thái Huyên, Lê Thị Hồng Na [3] đưa ra những phân tích thiết kế về mặt kiến trúc phù hợp về mặt thông gió tự nhiên trong các tòa nhà chung cư ở TPHCM trong đề tài nghiên cứu khoa học của mình. - Thùy Trang [4] đã thực hiện luận văn thạc sỹ nghiên cứu về giải pháp kiến trúc cải thiện vi khí hậu trong nhà phố tại địa bàn Tp. HCM. Trong luận văn này, tác giả cũng có đề cập đến các giải pháp cải thiện vi khí hậu bằng thông gió tự nhiên.
5 1.7.2. Các nghiên cứu ở nước ngoài Trên thế giới hiện nay có rất nhiều nghiên cứu về giải pháp thông gió tự nhiên trong các công trình nhà ở. - Năm 2007, tổ chức y tế thế giới WHO phát hành tài liệu “ Natural Ventilation for Infection Control in Health-Care Settings ” [5] nói về lợi ích của việc thông gió tự nhiên trong các công trình xây dựng đối với sức khỏe con người. - Năm 2009, Robert N. Meroney [6] đã sử dụng phương pháp tính toán động lực học lưu chất (CFD) để tính toán luồng không khí “chảy” qua các cửa sổ hình vuông trong một không gian kín và so sánh kết quả tính toán với kết quả thí nghiệm hầm gió. Các kết quả của nghiên cứu này cho thấy phương pháp CFD có độ tin cậy cao trong việc tính toán các dòng không khí. - Năm 2014, Md Atiqur Rahman và Narahari. G. A[7] cũng sử dụng phương pháp CFD để mô phỏng quá trình thông gió tự nhiên trong các phòng học có kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ do đèn và cơ thể người tỏa ra. Kết quả mô phỏng cho thấy nhiệt độ trong phòng giảm đi rõ rệt khi có sự thông gió tự nhiên. - X. Zheng (2015) [8] đã thực hiện luận văn thạc sỹ nghiên cứu về cải thiện tiện nghi nhiệt trong nhà cao tầng bằng thông gió tự nhiên. Trong luận văn này, tác giả cũng đi sâu vào giải pháp thông gió tự nhiên trong các công trình xây dựng thông qua việc khảo sát ý kiến, tính toán và mô phỏng nhiệt độ bằng các phần mềm CFD.
6 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Lý thuyết thông gió tự nhiên 2.1.1. Khái niệm [1] Thông gió tự nhiên hay còn gọi là hệ thống thông gió thụ động là sự nghiên cứu áp dụng sự chuyển động của luồng không khí bên ngoài nhà và chênh lệch áp suất giữa các luồng không khí nhằm làm mát và đảm bảo thông thoáng cho ngôi nhà một cách thụ động. Hình 2.1 là ví dụ minh họa cho hệ thống thông gió tự nhiên trong nhà. Thông gió tự nhiên rất quan trọng bởi vì nó có thể giúp đảm bảo cung cấp không khí trong lành cho ngôi nhà mà không dùng các thiết bị quạt.Với các vùng khí hậu nóng và ấm áp, nó có thể đáp ứng được nhu cầu làm mát của công trình mà không phải dùng đến các hệ thống điều hòa nhiệt độ cơ khí.Lượng năng lượng tiết kiệm được từ hệ thống này có thể đóng một phần rất lớn vào tổng năng lượng tiêu thụ của tòa nhà. Việc thông gió tự nhiên có thành công hay không được quyết định bởi mức độ tiện nghi nhiệt cao và có đủ không khí trong lành cho các không gian tòa nhà, trong khi tiêu thụ rất ít hoặc không không tiêu thụ năng lượng cho hệ thống thông gió và điều hòa nhiệt độ cơ khí. Hình 2.1. Hệ thống thông gió tự nhiên trong nhà
7 2.1.2. Phân loại thông gió tự nhiên [1] Thông gió tự nhiên được chia làm 3 dạng chính: A. Thông gió tự nhiên dưới tác dụng nhiệt thừa hay thông gió tự nhiên vô tổ chức Không khí vào nhà và ra khỏi nhà qua các khe hở cửa và qua các lỗ trên tường khi có gió thổi được gọi là gió lùa (hình 2.2).Hiện tượng gió lùa đều không khống chế được lưu lượng, không điều chỉnh được vận tốc gió và hướng gió nên gọi là thông gió tự nhiên vô tổ chức. Hình 2.2. Hiện tượng gió lùa Khi nhiệt độ trong phòng lớn hơn nhiệt độ bên ngoài thì giữa chúng có sự chênh lệch áp suất và do đó có sự trao đổi không khí bên ngoài với bên trong. Các phần tử không khí trong phòng có nhiệt độ cao, khối lượng riêng nhẹ nên bốc lên cao, tạo ra vùng chân không phía dưới phòng và không khí bên ngoài sẽ tràn vào thế chỗ. Ở phía trên các phần tử không khí bị dồn ép và có áp suất lớn hơn không khí bên ngoài và thoát ra ngoài theo các cửa gió phía trên. Như vậy ở một độ cao nhất định nào đó áp suất trong phòng bằng áp suất bên ngoài, vị trí đó gọi là vùng trung hoà.Hình 2.3 thể hiện vị trí vùng trung hòa và nguyên lý thông gió dưới tác dụng của nhiệt thừa.
8 Hình 2.3. Nguyên lý thông gió tự nhiên dưới tác dụng nhiệt thừa Cột áp tạo nên sự chuyển động đối lưu không khí là: H = gh ( pN − pT ) (2.1) Trong đó: - h: Là khoảng cách giữa các cửa cấp gió và cửa thải - pN : Áp suất bên ngoài phòng - pT : Áp suất bên trong phòng Cột áp tạo ra sự chuyển động của không khí vào phòng H1 = gh1 ( pN − pT ) (2.2) Cột áp xả khí ra khỏi phòng: H 2 = gh2 ( pN − pT ) (2.3) Tốc độ của không khí chuyển động qua các cửa vào và cửa thải 2 H1 2 gh1 ( pN − pT ) ω1 = = (2.4) pN pN