Chọn tiết diện ống gió từ lưu lượng: vận tốc, tổn thất áp và kích thước thực tế

Cùng một lưu lượng 3.000 m³/h, ống gió có thể là 500×300, 600×250 hay 1000×150 — diện tích như nhau, vận tốc như nhau, nhưng tổn thất áp, lượng tôn và độ ồn khác hẳn. Bài này đi từ công thức gốc Q = v × A tới cách chọn vận tốc, quy đổi sang kích thước gia công được, kiểm tra tổn thất áp trên tuyến bất lợi nhất và làm tất cả những việc đó trong Revit mà không phải tính tay từng đoạn.

Công thức gốc: lưu lượng bằng vận tốc nhân diện tích

Mọi phép chọn tiết diện ống gió đều bắt đầu từ một dòng: Q = v × A, trong đó Q là lưu lượng (m³/s), v là vận tốc trung bình trong ống (m/s) và A là diện tích tiết diện (m²). Lưu lượng thường cho theo m³/h trên bản vẽ thiết kế, nên bước đầu tiên luôn là chia cho 3.600.

Phép chia thì đơn giản. Cái khó nằm ở hai chỗ: chọn v bao nhiêu cho từng đoạn ống, và biến diện tích A thành hai cạnh a × b vừa lọt khoảng trống trên trần, vừa gia công được.

Chọn vận tốc: cân giữa tiếng ồn, tổn thất áp và chỗ trên trần

Vận tốc cao cho ống nhỏ — ít tôn, dễ đi qua trần chật. Đổi lại, gió chạy nhanh thì ồn hơn và tổn thất áp tăng gần theo bình phương vận tốc, quạt phải mạnh hơn, tốn điện hơn suốt vòng đời công trình. Vì vậy vận tốc giảm dần từ ống chính trong phòng máy ra tới ống nối vào miệng gió, nơi gần người sử dụng nhất.

Một cách khác hay dùng cho ống chính là phương pháp ma sát đều (equal friction): chọn tiết diện sao cho tổn thất áp do ma sát trên mỗi mét ống gần như không đổi, thường quanh 0,8–1 Pa/m cho hệ áp thấp. Cách này tự động cho ống nhỏ dần về cuối tuyến mà vận tốc vẫn nằm trong dải hợp lý.

Từ diện tích ra kích thước thật

Có diện tích A rồi, vẫn phải chọn hai cạnh. Ba nguyên tắc thực tế:

• Lấy tròn theo bước kích thước của xưởng — phổ biến là bội số 50 mm. Kích thước lẻ như 487×293 không ai gia công.
• Giữ tỷ lệ cạnh dài/cạnh ngắn không quá khoảng 4:1. Ống càng dẹt thì chu vi càng lớn so với diện tích: tốn tôn, tốn bảo ôn, tổn thất ma sát cao hơn và vách ống dễ rung.
• Chiều cao ống bị khống chế bởi khoảng trống trên trần — từ đáy dầm tới mặt trần, trừ giá đỡ, bảo ôn và chỗ cho các hệ khác đi giao cắt. Đây thường là ràng buộc quyết định.

Con số quan trọng trong hình là đường kính tương đương De — đường kính ống tròn có cùng tổn thất ma sát với ống chữ nhật ở cùng lưu lượng. Đây là cách các bảng tra và phần mềm quy đổi ống chữ nhật về ống tròn để tính ma sát. Ống dẹt có De nhỏ hơn hẳn so với diện tích của nó, nên ma sát lớn hơn.

Khi trần quá thấp, thay vì ép ống thành 1000×150, hãy cân nhắc tách thành hai ống song song, đổi tuyến sang hành lang có trần cao hơn, hoặc đề xuất với kiến trúc nâng trần cục bộ. Các phương án này đều phải bàn ở buổi phối hợp — và nếu ống phải xuyên dầm thì cần chấp thuận của kết cấu, như đã viết trong bài Lỗ mở xuyên dầm và sàn cho hệ cơ điện.

Tổn thất áp: chỉ cần đúng trên tuyến bất lợi nhất

Tổn thất áp của một tuyến ống gồm hai phần: ma sát dọc đường (R × L, với R tính bằng Pa/m và L là chiều dài) và tổn thất cục bộ tại co, tê, côn, van gió, miệng gió. Tổn thất cục bộ bằng hệ số C của phụ kiện nhân với áp động Pv = ρ·v²/2; với không khí ρ ≈ 1,2 kg/m³, gió 5 m/s có Pv = 15 Pa, gió 8 m/s đã là 38 Pa.

Quạt hoặc AHU chỉ cần thắng được tuyến có tổng tổn thất lớn nhất — gọi là tuyến bất lợi nhất, thường (nhưng không phải luôn luôn) là tuyến dài nhất hoặc nhiều phụ kiện nhất. Các nhánh ngắn hơn sẽ thừa áp và được cân bằng bằng van gió khi chạy thử.

Đây là chỗ mô hình BIM có ích thật sự: bản thiết kế ban đầu tính tổn thất áp trên tuyến vẽ thẳng, nhưng sau phối hợp va chạm, ống thường phải vòng qua dầm, hạ cốt, thêm 4–6 co. Nếu không ai cộng lại, AHU lắp đúng thiết kế vẫn có thể thiếu gió ở cuối tuyến.

Làm trong Revit: Duct Sizing và báo cáo tổn thất áp

Revit có sẵn công cụ chọn tiết diện cho cả một mạng ống, với điều kiện mô hình được dựng đúng cách:

1 · Lưu lượng nằm ở miệng gió

Nhập lưu lượng thiết kế vào tham số Flow của từng miệng gió. Revit cộng dồn ngược lên ống nhánh và ống chính. Nếu loại hệ (System Type) đang để tính toán tắt, hoặc mạng ống bị đứt ở đâu đó, con số trên ống chính sẽ sai mà không báo lỗi — nên kiểm tra tổng lưu lượng ở đầu AHU khớp với bảng thiết kế trước khi làm gì tiếp.

2 · Duct Sizing với giới hạn chiều cao

Chọn cả mạng ống, mở Duct Sizing. Hộp thoại cho chọn phương pháp (ma sát, vận tốc, ma sát đều, phục hồi áp tĩnh) và ràng buộc. Hai ràng buộc hay dùng nhất là giới hạn chiều cao — đặt bằng khoảng trống trên trần đã chốt ở buổi phối hợp — và cách xử lý ống nhánh nối vào miệng gió (theo cỡ cổ miệng gió hay theo tính toán).

3 · Danh sách kích thước là của xưởng, không phải của Revit

Trong Mechanical Settings, danh sách kích thước ống chữ nhật và ống tròn quyết định Revit được phép chọn cỡ nào. Nên bật đúng các cỡ mà xưởng gia công của dự án làm được, và tắt phần còn lại — đưa vào template từ đầu, như một mục trong BEP cho nhà thầu cơ điện.

4 · Báo cáo tổn thất áp sau phối hợp

Khi mô hình đã qua các vòng phối hợp va chạm, xuất Duct Pressure Loss Report cho từng hệ để thấy tổn thất theo từng đoạn và từng phụ kiện. So tuyến bất lợi nhất với áp tĩnh ngoài của AHU đã chọn. Lệch đáng kể thì gửi lại tư vấn thiết kế quyết định: đổi tuyến, nới tiết diện hay điều chỉnh quạt.

Năm lỗi hay gặp khi chọn tiết diện ống gió

1. Dùng một vận tốc cho cả mạng. Ống nối miệng gió chạy 6 m/s sẽ ồn ngay trên đầu người dùng.
2. Ép ống dẹt cho lọt trần mà không tính lại ma sát — ống 1000×150 trong ví dụ trên ma sát cao hơn gần 50% so với 600×250.
3. Quên phần bảo ôn khi so chiều cao ống với khoảng trống trần: ống 300 mm bọc bảo ôn hai phía là cao hơn 300 mm.
4. Không cộng lại tổn thất áp sau khi ống phải vòng tránh dầm và các hệ khác.
5. Để Revit chọn cỡ lẻ vì danh sách kích thước chưa được lọc theo xưởng gia công.