Tính toán thông gió tầng hầm là một trong những bài toán kỹ thuật quan trọng nhất khi thiết kế gara ô tô và các công trình ngầm. Hệ thống này đảm bảo chất lượng không khí bằng cách hút CO, NOx, bụi mịn, đồng thời kiểm soát an toàn cháy nổ và đáp ứng yêu cầu thẩm duyệt PCCC.
Bài viết tổng hợp đầy đủ kiến thức từ tiêu chuẩn áp dụng như TCVN 5687, QCVN 06, QCVN 13, công thức tính lưu lượng gió Q, số lần trao đổi không khí ACH, đến quy trình 5 bước thiết kế thực tế. Nội dung hướng đến kỹ sư thiết kế, nhà thầu MEP và chủ đầu tư cần tài liệu tổng hợp có thể áp dụng ngay vào công việc.
1. Tổng quan về tính toán thông gió tầng hầm và vai trò trong công trình
Trước khi đi vào các công thức và quy trình chi tiết, cần hiểu rõ bản chất và tầm quan trọng của việc tính toán thông gió tầng hầm trong các công trình hiện đại.
1.1. Thông gió tầng hầm là gì? Phân biệt thông gió thường và hút khói
Thông gió tầng hầm là quá trình trao đổi không khí giữa tầng hầm và môi trường ngoài nhằm loại bỏ khí độc, mùi, nhiệt thừa, ẩm và khói. Đây là yêu cầu bắt buộc với các công trình như chung cư, trung tâm thương mại, tòa nhà văn phòng, bệnh viện và bãi đỗ xe ngầm.
Hệ thống thông gió tầng hầm hoạt động ở hai chế độ chính:
- Chế độ thông gió thường: Hệ thống hoạt động liên tục hoặc theo cảm biến CO để duy trì chất lượng không khí, đảm bảo nồng độ khí độc trong giới hạn cho phép.
- Chế độ hút khói/sự cố: Hệ thống hoạt động khi có cháy theo yêu cầu QCVN 06, QCVN 13 với lưu lượng và ACH lớn hơn để tạo lối thoát nạn an toàn.
Việc phân biệt rõ hai chế độ này giúp kỹ sư tính toán chính xác lưu lượng gió cần thiết cho từng trường hợp.
1.2. Vì sao phải tính toán thông gió tầng hầm theo tiêu chuẩn?
Việc tính toán theo tiêu chuẩn không chỉ là yêu cầu pháp lý mà còn đảm bảo hiệu quả và an toàn cho công trình. Ba nhóm lý do chính bao gồm:
- An toàn sức khỏe: Giới hạn nồng độ CO dưới 35 ppm, NOx và bụi mịn trong ngưỡng cho phép.
- An toàn cháy nổ: Kiểm soát khói khi có sự cố cháy, bảo đảm lối thoát nạn thông thoáng.
- Pháp lý và nghiệm thu: Bắt buộc theo TCVN 5687, QCVN 06, QCVN 13. Nếu tính toán sai hoặc thiếu sẽ không được thẩm duyệt PCCC.
2. Tiêu chuẩn và quy chuẩn áp dụng khi tính toán thông gió tầng hầm
Khung pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật là nền tảng để xác định các thông số thiết kế.
2.1. TCVN 5687 và vai trò trong tính toán thông gió tầng hầm
TCVN 5687:2010 và bản cập nhật TCVN 5687:2024 là tiêu chuẩn nền tảng về thông gió và điều hòa không khí tại Việt Nam. Tiêu chuẩn này quy định số lần trao đổi không khí ACH, yêu cầu về lưu lượng gió cho khu vực có khí độc và nguyên tắc bố trí miệng hút/xả. Khi tính toán thông gió tầng hầm gara, kỹ sư sử dụng TCVN 5687 để chọn giá trị ACH phù hợp cho chế độ thường (6 lần/h) và chế độ sự cố (9 lần/h).
2.2. QCVN 06, QCVN 13 và yêu cầu hút khói gara ô tô
QCVN 06 quy định về an toàn cháy cho nhà và công trình, trong khi QCVN 13 tập trung vào gara ô tô. Hai quy chuẩn này yêu cầu hệ thống thông gió tầng hầm phải hoạt động ở hai chế độ: thường và sự cố. QCVN 13-2018 đặc biệt quan trọng với gara ô tô, quy định về hệ thống hút khói, tăng áp và giới hạn nồng độ khí độc.
3. Công thức và nguyên tắc cơ bản khi tính toán thông gió tầng hầm
Nắm vững các công thức cốt lõi là nền tảng để thực hiện tính toán chính xác.
3.1. Công thức tính lưu lượng gió tầng hầm theo diện tích và chiều cao
Hai công thức cơ bản nhất:
- Tính thể tích tầng hầm:
( V = S \times H )
(Trong đó: S là diện tích sàn, H là chiều cao thông thủy) - Tính lưu lượng gió:
( Q = V \times ACH )
(ACH là số lần trao đổi không khí mỗi giờ)
Ví dụ: Tầng hầm 2.000 m², cao 3 m, ACH thường = 6.
- Thể tích: ( V = 2.000 \times 3 = 6.000 , m³ )
- Lưu lượng chế độ thường: ( Q_{\text{thường}} = 6.000 \times 6 = 36.000 , m³/h )
- Lưu lượng chế độ sự cố (ACH = 9):
( Q_{\text{sự cố}} = 6.000 \times 9 = 54.000 , m³/h )
3.2. Chọn số lần trao đổi không khí (ACH) theo tiêu chuẩn và thực tế
Các giá trị ACH tham khảo:
- Chế độ thường: khoảng 6 lần/h
- Chế độ hút khói: khoảng 9 lần/h
Các yếu tố ảnh hưởng đến việc chọn ACH:
- Mật độ xe (số chỗ đỗ, tần suất ra vào).
- Chiều cao tầng hầm và hình dạng không gian.
- Mức độ kín của tầng hầm, khả năng “lọt gió”.
- Có hay không tích hợp cảm biến CO và thuật toán điều khiển lưu lượng biến thiên.
4. Quy trình 5 bước tính toán hệ thống thông gió tầng hầm từ A-Z
Quy trình đầy đủ giúp kỹ sư không bỏ sót bước quan trọng khi thiết kế.
4.1. Bước 1–2: Thu thập dữ liệu và chọn phương án hệ thống
Giai đoạn đầu tiên quyết định chất lượng thiết kế:
- Thu thập mặt bằng kiến trúc, diện tích, chiều cao, công năng từng khu vực.
- Ước tính lưu lượng xe ra vào, loại phương tiện, thời gian hoạt động.
- Làm rõ yêu cầu PCCC, hồ sơ thẩm duyệt, tiêu chuẩn áp dụng.
- Phân tích điều kiện hiện trường: vị trí đặt quạt, trục kỹ thuật, cao độ dầm, hạn chế về tiếng ồn.
- Chọn phương án thông gió cưỡng bức bằng quạt cấp – hút, có hoặc không kết hợp jetfan.
4.2. Bước 3–5: Tính lưu lượng, cột áp và chọn quạt thông gió tầng hầm
Ba bước tiếp theo là phần “xương sống” của bài toán:
- Tính lưu lượng gió (Q):
- Tính thể tích V cho từng khoang/từng zone.
- Chọn ACH theo tiêu chuẩn và thực tế.
- Tính ( Q = V \times ACH ) cho từng khu vực và tổng hệ thống.
- Tính tổn thất áp trên đường ống để xác định cột áp quạt:
- Tính tổn thất ma sát theo chiều dài ống.
- Tính tổn thất cục bộ tại cút, chạc, miệng gió, van, lưới lọc,…
- Cộng dồn để ra tổng cột áp cần thiết cho quạt.
- Chọn quạt ly tâm, hướng trục hoặc jetfan phù hợp:
- Đối chiếu Q và H với catalogue quạt.
- Ưu tiên điểm làm việc ở vùng hiệu suất cao.
- Với quạt hút khói, kiểm tra thêm khả năng chịu nhiệt 250°C trong 2 giờ hoặc theo yêu cầu tiêu chuẩn.
- Kiểm tra đường đặc tính quạt – hệ thống để đảm bảo quạt vận hành ổn định.
5. Ví dụ minh họa: bảng tính lưu lượng thông gió tầng hầm gara ô tô
Ví dụ thực tế giúp minh họa cách áp dụng công thức vào bài toán cụ thể.
5.1. Mô tả đề bài: dữ liệu tầng hầm và yêu cầu thiết kế
Xét tầng hầm gara:
- Diện tích: 2.400 m², chia 2 khoang tương đương.
- Chiều cao thông thủy: 3 m.
- Yêu cầu: giảm tiếng ồn, tiết kiệm điện, có cảm biến CO.
- Phương án: ống gió + quạt hút ly tâm, xả ra ngoài trời.
5.2. Thực hiện tính V, Q, phân chia zone và chọn quạt sơ bộ
- Thể tích tổng:
( V_{\text{tổng}} = 2.400 \times 3 = 7.200 , m³ ) - Chế độ thường (ACH = 6):
( Q_{\text{thường}} = 7.200 \times 6 = 43.200 , m³/h ) - Chế độ sự cố (ACH = 9):
( Q_{\text{sự cố}} = 7.200 \times 9 = 64.800 , m³/h )
Giả sử chia đều cho 2 khoang:
- Mỗi khoang chế độ thường cần khoảng 21.600–22.000 m³/h.
- Tùy vào catalogue, có thể chọn:
- 1 quạt/khoang hoạt động 2 chế độ (biến tần/2 cấp tốc độ), hoặc
- 2 quạt/khoang: 1 quạt cho chế độ thường, 1 quạt cho chế độ sự cố.
Sau khi chọn quạt sơ bộ, kỹ sư tiếp tục tinh chỉnh đường ống, vị trí miệng hút/xả và kiểm tra lại tổn thất áp để chốt thông số.
Tính toán thông gió tầng hầm là bài toán kỹ thuật đòi hỏi sự am hiểu về tiêu chuẩn, công thức và thực tiễn thiết kế. Quy trình 5 bước từ thu thập dữ liệu, chọn phương án, tính lưu lượng, tính cột áp đến chọn quạt giúp kỹ sư tiếp cận bài toán một cách có hệ thống. Việc áp dụng đúng các giá trị ACH theo TCVN 5687, QCVN 06, QCVN 13 đảm bảo hệ thống vừa đáp ứng yêu cầu nghiệm thu PCCC, vừa hoạt động hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.
Khi triển khai vào thực tế, kỹ sư nên kết hợp thêm các công cụ mô phỏng, catalogue cập nhật của nhà sản xuất quạt và trao đổi chặt chẽ với đơn vị PCCC để hồ sơ thiết kế vừa chuẩn kỹ thuật, vừa dễ được thẩm duyệt và vận hành ổn định trong suốt vòng đời công trình.
