Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van Download luận văn thạc sĩ ngành kĩ thuật điều khiển với đề tài: Nghiên cứu xác định phương pháp giám sát và điều khiển khói khi xảy ra cháy trong tòa nhà cao tầng khu vực hà nội, cho các bạn tham khảo

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN QUANG AN
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT
VÀ ĐIỀU KHIỂN KHÓI KHI XẢY RA CHÁY
TRONG TÒA NHÀ CAO TẦNG KHU VỰC HÀ NỘI
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – 2017

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN QUANG AN
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT
VÀ ĐIỀU KHIỂN KHÓI KHI XẢY RA CHÁY
TRONG TÒA NHÀ CAO TẦNG KHU VỰC HÀ NỘI
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 62520216
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Nguyễn Chí Tình
2. TS. Trịnh Thế Dũng
HÀ NỘI - 2017

3. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ này là công trình nghiên cứu của riêng
cá nhân tôi. Các tài liệu, số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực. Các
kết quả nghiên cứu chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào.
Tác giả luận án
Nguyễn Quang An

4. MỤC LỤC
Trang
Những từ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
Mở đầu 1
1. Lý do chọn đề tài và tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
3. Phương pháp nghiên cứu 2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3
5. Các luận điểm bảo vệ và điểm mới của luận án 3
6. Kết cấu luận án 3
Lời cảm ơn 4
Chương 1. Tổng quan về các hệ thống điều khiển khói trên thế giới
và Việt Nam
5
1.1. Các hệ thống kỹ thuật phục vụ cho công tác phòng cháy và chữa
cháy trong tòa nhà cao tầng
5
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng các hệ thống điều khiển khói 6
1.3. Các thành phần của hệ thống điều khiển khói 15
1.4. Phương pháp điều khiển 19
1.5. Sự dịch chuyển của khói 23
1.6. Tính toán, thiết kế quạt điều áp cầu thang 28
Nhận xét 30
Chương 2. Mô hình hóa, mô phỏng quá trình động lực học hệ
thống điều khiển khói
31
2.1. Các khối chức năng và phương pháp mô hình hóa cho hệ thống 31

5. điều khiển khói
2.2. Mô hình hóa hệ thống điều áp cầu thang trong chế độ tĩnh 33
2.3. Mô hình hóa hệ thống hút khỏi hành lang và điều áp cầu thang
trong chế độ động
42
Nhận xét 57
Chương 3. Các giải pháp cơ bản để giám sát và điều khiển tự động
cho hệ thống điều khiển khói
58
3.1. Nhiệm vụ của hệ thống giám sát và điều khiển tự động 58
3.2. Cấu trúc cơ bản của hệ giám sát và điều khiển tự động cho hệ
thống điều khiển khói.
59
3.3. Nguyên lý hoạt động của trạm điều khiển khói và hệ thống hút
khói hành lang.
60
3.4. Các yêu cầu và đặc điểm của hệ thống điều áp cầu thang 63
3.5. Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển điều áp cầu thang 64
3.6. Mô hình mẫu của hệ thống điều khiển áp suất dư trung bình 66
3.7. Thiết kế hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu để điều
khiển áp suất dư trung bình
75
3.8. Mô phỏng hệ thống điều khiển điều áp cầu thang bằng phần mềm
Simulink
87
3.9. Thuật toán điều khiển thích nghi 90
3.10. Điều khiển độ chênh áp giữa các vùng 94
Nhận xét 103
Kết luận và kiến nghị 104
Danh mục các công trình công bố của tác giả có liên quan đến nội
dung của luận án
105
Tài liệu tham khảo 106
Phụ lục 1. Các kết quả mô phỏng hệ thống điều áp cẩu thang 112

6. Phụ lục 2. Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển điều áp cẩu thang
khi thay đổi các thông số
117
NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air-
Conditioning Engineers/ Hiệp hội các hệ thống sưởi ấm, làm lạnh và điều hòa
không khí (Hoa kỳ)
BAS: Building Automation Systems/ Hệ thống tự động hóa tòa nhà
BMS: Building Management Systems/ Hệ thống quản lý tòa nhà
CFD: Computational fluid dynamics/ Lý thuyết động lực học chất lưu
DDC: Direct digital control/ Điều khiển số trực tiếp
DNS: Direct numerical simulation/Mô phỏng số trực tiếp
FDS: Fire dynamics simulator/Mô phỏng động lực học đám cháy
FACP: Fire Alarm Control Panel/ Trung tâm báo cháy tự động
FSCS: Firefighter’s Smoke Control Station/ Trạm điều kiển khói
HVAC: Heating, Ventilation and Air Conditioning/ Điều nhiệt, Thông
gió, Điều hòa không khí
IBC: International Buiding Code/ Tiêu chuẩn xây dựng quốc tế
IMC: Internal Model Control/ Mô hình điều khiển nội
LES: Large eddy simulation/ Mô phỏng xoáy rộng
MRAS: Model Reference Adaptive Systems/ Hệ điều khiển thích nghi
theo mô hình mẫu
MIT: Massachusetts Institute of Technology/ Viện công nghệ
Massachusetts
NFPA: National Fire Protection Association/ Hiệp hội phòng cháy quốc
gia (Hoa kỳ)
PLC: Programmable Logic Controller/ Bộ điều khiển khả trình

7. RANS: Reynolds Averaged Navier-Stokes/ Số Reynolds trung bình
SIMC: Skogestad IMC
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng Ý nghĩa Trang
1.1 Các giá trị đo áp suất dư cầu thang 26
2.1 Sự thay đổi của áp suất dư trung bình theo lưu lượng
quạt gió
40
2.2 Sự thay đổi của hệ số tỷ lệ theo diện tích khe hở 41
3.1 Độ chênh áp khi đóng bớt số van gió phía trên 96
3.2 Độ chênh áp khi đóng bớt số van gió phía dưới 96
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình Ý nghĩa Trang
1.1 Hệ thống điều áp cầu thang bộ 8
1.2 Hệ thống điều áp buồng thang máy 8
1.3 Hệ thống điều áp thang máy kết hợp hút khói hành lang 9
1.4 Hệ thống điều khiển khói phân vùng 10
1.5 Điều kiển khói phân vùng với hệ thống HVAC 10
1.6 Sơ đồ mạng điều khiển khói do hãng Colt giới thiệu 12
1.7 Sơ đồ mạng điều khiển khói do hãng AP giới thiệu 12
1.8 Hệ thống tạo áp cầu thang và hút khói hành lang của tòa nhà
CC và DVTM số 3 Nguyễn Huy Tưởng
14
1.9 Hệ thống tạo áp cầu thang và hút khói hành lang của tòa nhà
chung cư 125D Minh Khai
14
1.10 Cấu tạo của các van gió 16

8. 1.11 Mặt trước của FSCS 19
1.12 Hiệu ứng ống khói trong tòa nhà 24
1.13 Đo áp suất dư cầu thang bằng máy đo cầm tay Testo 510 26
2.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển khói 31
2.2 Đặc tính của quạt tăng áp cầu thang VIHEM 36
2.3 Mô hình hóa từ một tòa nhà thực 37
2.4 Xây dựng đặc tính của quạt gió 38
2.5 Giao diện của một tầng 39
2.6 Đồ thị thay đổi hệ số tỷ lệ theo diện tích khe hở 41
2.7 Tensor ứng suất Cauchy 43
2.8 So sánh sự dịch chuyển của khói giữa thực nghiệm và mô
phỏng
48
2.9 Giao diện chương trình đọc kết quả mô phỏng 51
2.10 Kết quả mô phỏng hoạt động hút khói hành lang 53
2.11 Đồ thị biến đổi nồng độ CO2 tại tầng 1 và 2 theo thời gian 54
2.12 Kết quả mô phỏng hoạt động của hệ thống điều áp cầu thang 55
3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển của FSCS 62
3.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống điều áp cầu thang 65
3.3 Các khối chức năng cơ bản điều khiển áp suất dư trung bình 66
3.4 Đơn giản hóa đối tượng quán tính bậc nhất có trễ 69
3.5 Đặc tính quá độ của đối tượng điều khiển 70
3.6 Mô hình của đối tượng điều khiển 70
3.7 Đặc tính quá độ khi khởi động quạt gió bằng biến tần 71
3.8 Mô hình điều khiển vòng kín với bộ điều khiển PID 73
3.9 Đặc tính quá độ với bộ điều khiển PID 73
3.10 Đặc tính quá độ khi thay đổi diện tích khe hở 74

9. 3.11 Sơ đồ hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu 75
3.12 Mạch vòng điều khiển PI 79
3.13 Mô hình gần đúng của hệ thống điều khiển áp suất dư 80
3.14 Mô hình gần đúng của hệ thống điều khiển sau rút gọn 81
3.15 Mô hình gần đúng của hệ thống điều khiển có khâu phi tuyến 81
3.16 Mô hình hệ điều khiển thích nghi dạng đầy đủ 82
3.17 Mô hình hệ điều khiển thích nghi dạng rút gọn 83
3.18 Mô hình hệ điều khiển thích nghi biến đổi tương đương 85
3.19 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển thích nghi 88
3.20 Kết quả mô phỏng hệ điều khiển thích nghi 88
3.21 Kết quả mô phỏng khi thay đổi thông số của mô hình đối
tượng
89
3.22 Mô hình mẫu có khâu phi tuyến 92
3.23 Lưu đồ thuật toán điều khiển thích nghi hệ thống điều áp cầu
thang
93
3.24 Nguyên lý điều khiển độ chênh áp giữa các tầng 95
3.25 Lưu đồ thuật toán điều khiển độ chênh áp khi hệ số a không
đổi
98
3.26 Lưu đồ thuật toán điều khiển độ chênh áp khi hệ số a thay đổi 99
3.27 Cầu thang thoát hiểm của tòa nhà số 3 Nguyễn Huy Tưởng 100
3.28 Kết quả mô phỏng hoạt động điều khiển độ chênh áp 101

10. 1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài và tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, hiện nay tình hình cháy nổ đang
điễn ra hết sức phức tạp và gây ra những thiệt hại nặng nề về người và tài sản.
Một trong nhứng nguyên nhân gây thương vong cho con người là do khói gây
ra. Khói sinh ra trong các đám cháy cũng gây ra thương vong đối với các cán
bộ chiến sĩ làm nhiệm vụ chữa cháy và gây nhiều khó khăn trong công tác
chữa cháy và cứu hộ cứu nạn.
Ở khu vực Hà Nội, trong những năm gần đây đã xảy ra nhiều vụ cháy
nhà cao tầng gây thương vong cho con người. Điển hình là vụ cháy tòa nhà
JSC34 trên đường Khuất Duy Tiến vào ngày 10/3/2010 làm chết 2 người do
ngạt khói. Tiếp đó là vụ cháy tòa nhà 33 tầng của Tập đoàn điện lực Việt Nam
tại phố Cửa Bắc ngày 15/12/2011 khiến 24 công nhân bị ngạt khói. Gần đây
là các vụ cháy lớn tại tòa nhà CT4 khu chung cư Xala ngày 11/10/2015; vụ
cháy chung cư Hồ Gươm Plaza ngày 14/12/2015.
Để kiểm soát khói sinh ra trong các đám cháy, ngăn ngừa tác hại của nó
với con người, trên thế giới đã áp dụng kỹ thuật kiểm soát khói (smoke
control). Trong hệ thống này bao gồm các thiết bị như điều áp cầu thang, quạt
hút khói, các van gió tự động (damper), các cảm biến… Các hệ thống kiểm
soát khói tiên tiến được điều khiển bởi một hệ thống điều khiển số đặc biệt.
Các tòa nhà cao tầng ở nước ta cũng đã áp dụng các hệ thống kiểm soát khói,
nhưng phần lớn ở mức độ đơn giản và chưa được quan tâm đúng mức. Các
tiêu chuẩn, qui chuẩn liên quan đến kiểm soát khói của Việt Nam đơn giản
hơn nhiều so với các tiêu chuẩn, qui chuẩn của các nước phát triển. Việc thiết
kế các hệ thống kiểm soát khói dựa theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau gây khó
khăn cho công tác thẩm duyệt và quản lý.
Ở nước ta hiện chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu sâu về các

11. 2
hệ thống điều khiển khói và hiệu quả hoạt động của nó.
Việc nghiên cứu đề tài về hệ thống điều khiển kiểm soát khói trở nên rất
cấp thiết trong tình hình hiện nay để góp phần phát triển sự nghiệp công
nghiệp hóa, hiện đại hóa trong lĩnh vực phòng cháy chữa cháy; đảm bảo an
toàn cho con người và tài sản trong các tòa nhà cao tầng.
2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xác định phương pháp giám sát và điều khiển khói khi xảy
ra cháy trong các tòa nhà cao tầng ở khu vực Hà Nội. Trong đó phải xây dựng
được mô hình của đối tượng điều khiển và đưa ra giải pháp giám sát và điều
khiển để nâng cao hiệu quả hoạt động cho hệ thống điều khiển khói.
c) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các công trình xây dựng có nhiều điểm khác nhau về mục đích sử dụng,
đặc điểm khí hậu, mật độ dân cư… Vì vậy khi các vụ cháy xảy ra ở các công
trình có những đặc điểm khác nhau.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong các hệ thống điều khiển
kiểm soát khói trong các tòa nhà cao tầng khu vực Hà Nội. Trong đó tập trung
nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến sự dịch chuyển của khói, các đặc
tính của đối tượng điều khiển và ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động để
nâng cao hiệu quả hoạt động của các hệ thống điều khiển khói.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết về động lực học chất lưu, lý thuyết điều khiển tự
động hiện đại.
- Khảo sát thực tế về các hệ thống điều khiển khói ở khu vực Hà Nội.
- Thực nghiệm đo các thông số của hệ thống điều áp cầu thang.
- Lấy ý kiến chuyên gia về các giải pháp kỹ thuật trong điều khiển khói.
- Mô hình hóa cho hệ thống điều khiển khói và hệ điều khiển tự động.

12. 3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: xác định mô hình mẫu của đối tượng, sử dụng mô
hình mẫu trong điều khiển thích nghi để đảm bảo sự hoạt động của hệ thống
với điều kiện môi trường thay đổi phức tạp và có thể áp dụng cho nhiều tòa
nhà cao tầng khác nhau ở Việt Nam.
Ý nghĩa thực tiễn: đề tài có thể ứng dụng vào thực tiễn trong thiết kế và
thi công các hệ thống kiểm soát khói của các tòa nhà cao tầng.
5. Các luận điểm bảo vệ và điểm mới của luận án
Qua phân tích các quá trình động lực học của khói và ảnh hưởng của các
yếu tố, chỉ ra những điểm còn tồn tại của các hệ thống điều khiển khói đang
được áp dụng ở Hà Nội hiện nay.
Nghiên cứu đặc tính động học của đối tượng có chứa dòng chất lưu
chuyển động. Qua đó nhận dạng hệ thống, xây dựng mô hình toán học để thiết
kế và khảo sát chất lượng của hệ thống điều khiển.
Đề xuất các thuật toán điều khiển để cải thiện chất lượng và hiệu quả
hoạt động cho hệ thống điều khiển khói phù hợp với điều kiện môi trường ở
Hà Nội. Trong đó có việc ứng dụng điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu
để ổn định áp suất dư cho hệ thống điều áp cầu thang trong các điều kiện làm
việc khác nhau và có thể áp dụng cho các tòa nhà khác nhau.
6. Kết cấu luận án
Kết cầu luận án gồm 3 chương.
Chương 1. Tổng quan về các hệ thống điều khiển khói trên thế giới
và Việt Nam.
Chương 2. Mô hình hóa, mô phỏng quá trình động lực học của hệ
thống điều khiển khói.
Chương 3. Các giải pháp giám sát và điều khiển tự động cho hệ
thống điều khiển khói.

13. 4
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu và học tập tại Khoa Cơ Điện – Trường đại học
Mỏ địa chất. Đến nay tôi đã hoàn thành luận án “Nghiên cứu xác định phương
pháp giám sát và điều khiển khói khi xảy ra cháy trong tòa nhà cao tầng khu
vực Hà Nội”, Để hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của
các thầy giáo hướng dẫn và các đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cám ơn hai
thầy hướng dẫn là TS. Nguyễn Chí Tình và TS. Trịnh Thế Dũng đã tận tình
hướng dẫn giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin cảm ơn GS.TSKH Cao Tiến Huỳnh, PGS.TS Nguyễn Văn Liễn,
PGS.TS. Đào Văn Tân, PGS.TS Lê Công Thành đã có những lời khuyên và
những ý kiến đóng góp bổ ích trong chuyên môn.
Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên Bộ môn Tự động hóa đã tạo
điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian học tập tại đây; tôi xin cảm ơn các cấp
lãnh đạo và tập thể cán bộ, giáo viên Trường đại học Phòng cháy chữa cháy
đã tạo điều kiện động viên, giúp đỡ giúp tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập.
Tác giả luận án

14. 5
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓI TRÊN THẾ
GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1. Các hệ thống kỹ thuật phục vụ cho công tác phòng cháy và chữa
cháy trong tòa nhà cao tầng
Để đảm bảo tốt cho công tác phòng cháy và chữa cháy trong các tòa nhà
cao tầng, hiện nay tiêu chuẩn của các nước đều qui định cần phải có các hệ
thống kỹ thuật sau:
- Hệ thống báo cháy tự động
Hệ thống báo cháy tự động bao gồm trung tâm báo cháy tự động
(FACP); các đầu báo cháy; các nút ấn khẩn cấp; các đèn và còi báo động. Hệ
thống báo cháy tự động có nhiệm vụ phát hiện cháy và phát tín hiệu báo động
trong tòa nhà.
- Hệ thống chữa cháy
Hệ thống chữa cháy bao gồm các máy bơm nước chữa cháy; các họng
nước chữa cháy vách tường; các đầu phun tự động (sprinkler). Ngoài hệ thống
chữa cháy bằng nước còn có các hệ thống chữa cháy bằng bọt hoặc bằng khí
tùy theo yêu cầu của từng công trình.
- Hệ thống điều khiển khói
Hệ thống điều khiển khói bao gồm các hệ thống điều áp và hút khói. Các
thành phần chính gồm có các quạt gió; hệ thống ống dẫn gió; các van gió và
các thiết bị điều khiển. Phổ biến nhất hiện nay là các hệ thống điều áp cầu
thang và hút khói hành lang. Các hệ thống này có nhiệm vụ ngăn khói đi vào
cầu thang thoát hiểm và hút khói ở các hành lang của tòa nhà. Ở các nước
phát triển còn có hệ thống điều khiển khói phân vùng, trong đó cho phép điều
áp hoặc hút khói cho từng khu vực trong tòa nhà.

15. 6
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng các hệ thống điều khiển khói
1.2.1.Tình hình nghiên cứu về điều khiển khói
a) Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực điều
khiển, kiểm soát khói trong nhà cao tầng. Các nghiên cứu được thực hiện
bằng các phương pháp mô hình hóa và thực nghiệm, trong đó phương pháp
mô hình hóa được áp dụng nhiều nhất.
Các nghiên cứu chủ yếu là khảo sát các diễn biến dịch chuyển của khói
và hoạt động điều khiển khói cho từng công trình cụ thể, sự biến đổi của các
thông số như nhiệt độ; áp suất; nồng độ khói, phân tích tác động của các thiết
bị điều khiển đến sự dịch chuyển của khói [20], [24], [26], [27], [30], [32],
[40], [44], [55]. Một số công trình nghiên cứu có sử dụng cả phương pháp mô
hình hóa và thực nghiệm để đối chiếu kết quả [20], [30], [32], [40], [44].
Các công trình khoa học gần đây nghiên cứu về hệ thống điều áp cầu
thang cho thấy áp suất dư trong buồng thang thoát hiểm biến thiên khá phức
tạp và có thể vượt ra khỏi giới hạn cho phép [20], [40], [44], [51]. Theo
nghiên cứu về hệ thống điều áp cầu thang một tòa nhà ở Hàn Quốc [40], áp
suất dư trong buồng thang thoát hiểm khi các cửa đều đóng có lúc đo được lên
tới 124 Pa, trong khi theo thiết kế là 50Pa. Các công trình nghiên cứu đã đưa
ra các giải pháp điều chỉnh quạt gió, điều chỉnh van gió để ổn định áp suất dư
cho buồng thang thoát hiểm và các giải pháp nâng cao hiệu quả hoạt động của
hệ thống hút khói. Tuy vậy các nghiên cứu trên ít đề cập đến kỹ thuật điều
khiển tự động cho hệ thống điều khiển khói.
b) Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam đến nay chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu sâu về
hệ thống điều khiển khói. Hiện chỉ có một số tài liệu đề cập đến cấu trúc cơ
bản của hệ thống điều khiển khói, [12], [13], [14], [15]. Trong đó chủ yếu nói

16. 7
về các tiêu chuẩn được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn của các nước phát
triển. Các phương pháp tính toán thiết kế đều dựa trên các tài liệu của nước
ngoài. Việc đánh giá hiệu quả hoạt động của các hệ thống điều khiển khói
trong điều kiện Việt Nam nói chung và Hà Nội nói riêng hiện vẫn còn bỏ ngỏ,
đặc biệt là ở Hà Nội có khí hậu 4 mùa có thể có những ảnh hưởng đến sự hoạt
động của hệ thống điều khiển khói.
1.2.2. Các hệ thống điều khiển khói trên thế giới
a) Nguyên lý cơ bản
Các nguyên lý cơ bản và phương pháp tính toán thiết kế được giới thiệu
chi tiết trong các tài liệu tham khảo [12], [37], [38].
Các biện pháp để ngăn chặn, kiểm soát khói đang được nghiên cứu và áp
dụng cả trong và ngoài nước bao gồm:
- Sử dụng hệ thống thông gió, hút khói: hệ thống này thường được sử
dụng trong những không gian lớn như tầng hầm, bãi để xe, trung tâm mua
sắm, trung tâm hội nghị triển lãm... hệ thống thông gió, hút khói cũng được sử
dụng để hút khói hành lang hoặc các phòng bị cháy trong các tòa nhà cao
tầng.
- Sử dụng hệ thống điều áp để tăng áp suất ở những khu vực cần ngăn
chặn khói. Hệ thống điều áp cần tạo ra độ chênh áp đủ lớn để ngăn chặn khói
vào các khu vực thoát hiểm, nhưng độ chênh áp cũng không được quá lớn để
đảm bảo cho trẻ em và người già có thể đẩy được cửa thoát hiểm.
Thực hiện cho hai biện pháp trên là các giải pháp cụ thể:
+ Điều áp cầu thang bộ (hình 1.1)
Hệ thống này sử dụng quạt để tăng áp cho cầu thang bộ thoát hiểm. Với
những tòa nhà thấp tầng có thể sử dụng hệ thống điều áp một họng phun, còn
với những tòa nhà cao tầng thì thường sử dụng hệ thống điều áp nhiều họng
phun hoặc phân vùng. Với những tòa nhà siêu cao tầng thì việc phân vùng sẽ

17. 8
giúp cho việc điều chỉnh áp suất từng vùng được ổn định hơn, tránh được sự
chênh lệch áp suất do hiệu ứng ống khói. Việc điều áp cầu thang bộ có thể
bao gồm cả điều áp tiền sảnh và hành lang thoát hiểm.
+ Điều áp thang máy (hình 1.2)
Việc điều áp cho thang máy có thể thực hiện bằng cách dùng quạt tăng
áp cho giếng thang máy hoặc tăng áp cho tiền sảnh (Trong trường hợp tiền
sảnh ngăn cách thang máy với nơi ở)
Các hệ thống điều áp cầu thang có thể kết hợp với hệ thống hút khói
hành lang hoặc hút khói các tầng bị cháy. Trong hệ thống mô tả như hình 1.3,
Hình 1.1. Hệ thống điều áp cầu thang bộ [38]
Hình 1.2. Hệ thống điều áp buồng thang máy [38]

18. 9
khi phát hiện cháy ở một tầng thì quạt tăng áp thang máy hoạt động, tất cả các
van gió ở các tầng không có cháy đóng lại, van gió ở tầng bị cháy được mở và
quạt hút khói sẽ hoạt động để hút khói ở tầng bị cháy.
+ Điều khiển khói phân vùng (hình 1.4)
Theo phương pháp này, một tòa nhà được phân chia thành nhiều vùng.
Trong đó một vùng có thể là một tầng hoặc vài tầng, cũng có thể một tầng
chia thành vài vùng. Khi một vùng phát hiện có khói thì tất cả các vùng khác
hoặc các vùng lân cận được tăng áp để ngăn khói, vùng có khói phải có các
đường thoát khói ra ngoài. Việc thoát khói có thể thực hiện bởi các ống thoát
khói, giếng thoát khói, hệ thống đường ống và quạt hút, cũng có thể sử dụng
cả hệ thống HVAC (hình1.5) để thoát khói.
Khi sử dụng hệ thống HVAC cần điều khiển các thiết bị theo trình tự
sau:
- Ở vùng có khói: tắt quạt cấp khí, đóng các van gió cấp khí, mở các van
gió thải khí và bật quạt hút.
- Ở các vùng không có khói: tắt quạt hút, đóng các van gió thải khí, mở
van gió cấp khí và bật quạt cấp khí.
Hình 1.3. Hệ thống điều áp thang máy kết hợp hút khói hành lang [38]

19. 10
b) Các thiết bị và kỹ thuật điều khiển
Để điều khiển các thiết bị trong hệ thống điều khiển khói, tiêu chuẩn của
nhiều nước qui định phải sử dụng trạm điều khiển chuyên dùng (FSCS), hiểu
Hình 1.4. Hệ thống điều khiển khói phân vùng [38]
Hình 1.5. Điều kiển khói phân vùng với hệ thống HVAC [38]

20. 11
theo đúng nghĩa của nó là trạm điều khiển khói của người chữa cháy
(Firefighter’s Smoke Control Station). FSCS thực hiện chức năng điều khiển
và giám sát sự hoạt động của các thiết bị như quạt gió, van gió ở các chế độ tự
động hoặc bằng tay bởi người có trách nhiệm. Trong các hệ thống điều khiển
hiện đại, mạch điều khiển được thiết kế dưới dạng mạng công nghiệp theo
giao thức MODBUS RTU hay BACNET MS/TP.
Một thành phần quan trọng trong hệ thống điều khiển khói là hệ thống
điều áp cầu thang. Trong những hệ thống hiện đại, việc điều khiển quạt gió
thường được thực hiện thông qua biến tần, các van gió là loại van điều khiển
bằng điện để điều chỉnh áp suất từng vị trí đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
Hình 1.6 là một mạng điều khiển khói do hãng Colt của Anh quốc giới
thiệu “Nguồn: www.coltinfo.co.uk”. Trung tâm của mạng điều khiển là trạm
điều khiển khói chuyên dùng (FSCS) với các chế độ điều khiển tự động và
điều khiển bằng tay. Các mạch vòng (loop) bao gồm nhiều phần tử được định
địa chỉ nối theo mạng. Bình thường FSCS làm việc ở chế độ tự động, thu
nhận tín hiệu từ các cảm biến hoặc từ trung tâm báo cháy tự động (FACP) để
tự động điều khiển các thiết bị. Tuy nhiên trong những tình huống diễn biến
phức tạp, người điều khiển sẽ chuyển sang chế độ điều khiển bằng tay để điều
khiển các thiết bị theo yêu cầu thực tế.
Hình 1.7 giới thiệu mạng điều khiển khói của hãng AP “Nguồn:
www.automatikprodukter.se” của Thụy điển. Trong mạng điều khiển có các
bộ điều khiển số trực tiếp (DDC) thực hiện nhiệm vụ điều khiển các quạt gió,
van gió. Các bộ điều khiển này được nối theo mạng MODBUS RTU, nhờ đó
nó được điều khiển và giám sát từ một trạm điều khiển hoặc giám sát bằng
máy tính thông qua mạng Internet.

21. 12
1.2.3. Thực trạng về ứng dụng điều khiển khói ở Việt Nam
Qua tìm hiểu các khu nhà cao tầng ở khu vực Hà Nội cho thấy hầu hết
các nhà cao tầng đã được trang bị hệ thống điều khiển khói với cấp độ khác
nhau. Ngoại trừ một số khu nhà cao cấp do doanh nghiệp nước ngoài đầu tư
như Kengnam, Lotte thì các tòa nhà cao tầng ở Hà Nội được trang bị hệ thống
điều khiển khói ở mức độ đơn giản. Hệ thống điều khiển khói trong các tòa
nhà cao tầng khu vực Hà Nội thường có các thành phần:
- Hệ thống điều áp cầu thang.
- Hệ thống hút khói tầng hầm.
- Hệ thống hút khói hành lang.
Hình 1.6. Sơ đồ mạng điều khiển khói do hãng Colt giới thiệu
Hình 1.7. Sơ đồ mạng điều khiển khói do hãng AP giới thiệu

22. 13
Trong hệ thống điều khiển thường không có trạm điều khiển khói chuyên
dùng (FSCS) mà chỉ là tủ điều khiển đơn giản được nối với trung tâm báo
cháy tự động theo cách nối dây thông thường (theo kiểu nối rơ le). Theo cách
đó, việc điều khiển hầu như phụ thuộc hoàn toàn vào trung tâm báo cháy tự
động (FACP) và con người khó có thể kiểm soát được trong những tình
huống phức tạp và tình huống báo cháy giả.
Trong các hệ thống điều áp cầu thang, việc điều khiển quạt gió thường là
đóng ngắt trực tiếp (không qua biến tần) với lệnh điều khiển từ trung tâm báo
cháy tự động hoặc bằng tay. Ngay ở khu nhà hiện đại như Royal City có trang
bị biến tần nhưng tần số lại được đặt cố định 50Hz. Các van gió ở từng khu
vực không có khả năng điều chỉnh tự động nên khó có khả năng ổn định áp
suất trong những điều kiện khác nhau.
Một số tòa nhà có hệ thống hút khói hành lang để hút khói ở hành lang
của tầng bị cháy. Hệ thống này thường được điều khiển tự động bởi tín hiệu
báo cháy tầng. Nếu xảy ra báo cháy giả hoặc nhiều tín hiệu báo cháy thì hệ
thống hút khói sẽ không phát huy được tác dụng vì không đủ công suất.
Hình 1.8. được trích từ thiết kế hệ thống điều khiển khói của tòa nhà
chung cư và dịch vụ thương mại số 3 Nguyễn Huy Tưởng, quận Thanh Xuân.
Hình 1.9 được trích từ bản vẽ thiết kế hệ thống điều khiển khói của tòa nhà
chung cư 125D Minh Khai. Các hệ thống này có cấu trúc cơ bản như nhau.
Trong hệ thống điều áp cầu thang có quạt tăng áp được điều khiển từ trung
tâm báo cháy tự động, gió được cấp qua ống gió tới từng miệng gió tại từng
tầng của buồng thang, các van điều chỉnh lưu lượng gió được điều chỉnh cố
định bằng tay. Quạt hút khói hành lang cùng với các van mở miệng hút khói
cũng được điều khiển từ trung tâm báo cháy tự động. Việc kết nối từ các quạt
và các van gió được thực hiện qua các cặp dây nối thông thường.

23. 14
Qua tìm hiểu thiết kế của các tòa nhà cao tầng khu vực Hà Nội cho thấy
việc thiết kế hệ thống điều khiển khói dựa theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau.
Theo các tiêu chuẩn của Việt Nam thì chỉ qui định các tòa nhà cao tầng phải
có hệ thống điều áp cầu thang, hệ thống hút khói hành lang và hệ thống thông
gió, hút khói tầng hầm. Hệ thống tạo áp cầu thang chỉ qui định áp suất dư từ
20 đến 50 Pa [13], [14]. Trong tiêu chuẩn Việt Nam không đề cập đến việc sử
dụng FSCS cùng mạng điều khiển.
Hình 1.8. Hệ thống tạo áp cầu thang và hút khói hành lang
của tòa nhà CC và DVTM số 3 Nguyễn Huy Tưởng
Hình 1.9. Hệ thống tạo áp cầu thang và hút khói hành lang
của tòa nhà chung cư 125D Minh Khai

24. 15
Trong các bản thiết kế về điều khiển khói có nhiều số liệu và phép tính
gần đúng như diện tích các khe hở, sức cản đường ống, thông số môi trường...
Các loại quạt gió, van gió không có đặc tính rõ ràng do các cơ sở sản xuất
không quan tâm. Việc kiểm tra nghiệm thu các công trình nhiều khi chỉ mang
tính chất định tính, không thể kiểm tra được đầy đủ các thông số và khả năng
hoạt động của hệ thống trong những điều kiện khác nhau.
Các tòa nhà cao tầng ở Việt Nam không áp dụng giải pháp điều áp phân
vùng như các nước phát triển, cùng với việc thi công không đảm bảo theo
đúng thiết kế dẫn đến việc điều áp sẽ khó đảm bảm đúng yêu cầu kỹ thuật.
Từ thực tế đó cho thấy cần phải có công cụ giúp phân tích đánh giá các
hệ thống điều khiển khói mà phổ biến hiện nay là các phần mềm mô phỏng.
Bên cạnh đó cần phải đặt ra việc ứng dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại để
nâng cao chất lượng hoạt động của hệ thống và giám sát sự hoạt động của hệ
thống theo xu hướng của các nước tiên tiến.
1.3. Các thành phần của hệ thống điều khiển khói
Hệ thống điều khiển khói gồm các thành phần sau :
- Các thiết bị thông gió, hút khói (quạt, van gió, ống gió...)
- Các thiết bị điều khiển (Tủ báo cháy, tủ điều khiển khói, tủ điều khiển
HVAC)
- Các thiết bị kích hoạt (đầu báo khói, nút ấn khẩn cấp...)
1.3.1. Các thiết bị thông gió, hút khói.
a) Hệ thống HVAC
Hệ thống HVAC có nhiệm vụ duy trì điều kiện môi trường không khí
trong tòa nhà (nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ ô xy, khí thải...) và có khả năng điều
khiển khói. Có những hệ thống HVAC chuyên dùng trong điều khiển khói chỉ
có chức năng tạo áp, thông gió và hút khói.
b) Quạt gió

25. 16
Quạt gió dùng để cấp khí, tăng áp suất cho những khu vực cần thiết hoặc
dùng để hút gió thải, xả khói khi có cháy.
Quạt gió được phân làm 2 loại chính :
- Quạt hướng trục
- Quạt ly tâm
Quạt hướng trục có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ và hiệu suất cao hơn
so với quạt ly tâm. Tuy nhiên quạt ly tâm lại có khả năng tạo áp suất lớn hơn
so với quạt hướng trục. Các nhà cao tầng ở Việt Nam không áp dụng giải
pháp phân vùng nên hệ thống điều áp thường sử dụng quạt ly tâm để đảm bảo
khả năng điều áp.
c) Van gió (hình 1.10)
Van gió bao gồm van chặn lửa (Fire damper) và van chặn khói (Smoke
damper). Cấu tạo của van gió có 2 dạng là kiểu nhiều lá (Multi-blade) và kiểu
rèm (Curtain).
- Van chặn lửa dùng để ngăn lửa được chế tạo theo tiêu chuẩn UL555
(UL1990a). Thông thường khi van chặn lửa hoạt động theo nguyên tắc của
cầu chì, bình thường ở trạng thái mở nó được giữ bởi một dây dễ nóng chảy,
khi dây chảy đứt do tác đông của ngọn lửa thì sẽ đóng sập lại để ngăn lửa lan
sang nơi khác. Hiện nay còn có các loại van chặn lửa hoạt động bởi cơ cấu
Hình 1.10. Cấu tạo của các van gió [38]

26. 17
điện từ, khí nén thông qua cảm biến nhiệt độ.
- Van chặn khói dùng để ngăn khói hoặc thoát khói được chế tạo theo
tiêu chuẩn UL555S (UL1983). Sự hoạt động của van chặn khói có thể là đóng
hoặc mở tùy theo yêu cầu chặn khói hay thoát khói. Van chặn khói thường
hoạt động nhờ cơ cấu điện từ hoặc khí nén. Theo tiêu chuẩn UL555S thì van
chặn khói phải đảm bảo độ rò rỉ khói (khi đóng hoàn toàn) trong phạm vi cho
phép và nó được phân thành các cấp độ 0, I, II, III, IV [37]
Van chặn khói có cấp độ 0 có độ rò rỉ bằng 0 được dùng trong các dự án
điện hạt nhân. Các cấp độ I, II, III, IV được sử dụng trong các công trình xây
dựng tùy theo yêu cầu kỹ thuật.
Các van gió hoạt động nhờ cơ cấu điện từ được gọi là Motorized damper
hoặc Actuated damper, các van gió hoạt động nhở khí nén được gọi là EP
damper (Electrical to Pressure Damper).
1.3.2. Các thiết bị điều khiển
a) Trung tâm báo cháy tự động (FACP)
Trung tâm báo cháy tự động thu nhận tín hiệu báo cháy từ các đầu báo
khói hoặc nhiệt và phát tín hiệu báo động. Một số trung tâm báo cháy tự động
cũng có chức năng điều khiển khói như điều khiển quạt tăng áp, quạt hút khói
và điều khiển một số thiết bị khác. Tuy vậy nhiều tiêu chuẩn không cho phép
dùng FACP để trực tiếp điều khiển mà chỉ gửi tín hiệu đến FSCS để điều
khiển hệ thống [37], [38]. Đây là vấn đề còn tồn tại nhiều ở Việt Nam mà
chưa có những đánh giá về hiệu quả hoạt động của nó.
b) Trạm điều khiển khói (FSCS)
FSCS với tên gọi đầy đủ là trạm điều khiển khói của người chữa cháy,
có chức năng điều khiển và giám sát các thiết bị trong hệ thống điều khiển
khói như quạt tăng áp, quạt hút khói, các van chặn khói, van chặn lửa... Trạm
điều khiển khói đòi hỏi phải có cả chế độ điều khiển hoàn toàn tự động và

27. 18
điều khiển bằng tay.
FSCS là thiết bị có chức năng giám sát và điều khiển các thiết bị trong
hệ thống điều khiển khói. Thiết bị này được dùng trong công tác chữa cháy
hoặc các ứng cứu khẩn cấp, nó không được dùng cho các công việc vận hành
thông thường trong tòa nhà. FSCS là thiết bị đặc biệt quan trọng trong hệ
thống điều khiển khói nên phải đáp ứng nhiều tiêu chuẩn [37], [38]:
- Về vị trí lắp đặt: Hầu hết các tiêu chuẩn đều yêu cầu phải có FSCS
trong hệ thống điều khiển khói của tòa nhà. Một số tiêu chuẩn yêu cầu FSCS
phải lắp đặt tại trung tâm chỉ huy chữa cháy của tòa nhà hoặc phải đặt ở tầng
thấp nhất tại phòng được bảo vệ chống cháy.
- Về mặt kết cấu: Các tiêu chuẩn thường đưa ra yêu cầu thiết kế đặc biệt
với FSCS, trong đó phải có sơ đồ trên bề mặt cùng các đèn tín hiệu để giám
sát hoạt động của mọi phần tử trong hệ thống điều khiển khói. Các đèn tín
hiệu có màu sắc theo qui định để phân biệt trạng thái của các thiết bị (quạt,
van gió), chẳng hạn màu trắng là trạng thái bình thường; màu đỏ là trạng thái
tắt hoặc đóng, màu xanh lá cây là trạng thái bật hoặc mở; màu vàng là trạng
thái báo lỗi. Các công tắc điều khiển phải ghi rõ các trạng thái
ON/OFF/AUTO hoặc OPEN/CLOSE/AUTO. Sơ đồ in trên bề mặt FSCS phải
thể hiện được vị trí của các thiết bị sao cho dễ hiểu nhất. Do yêu cầu về kết
cấu phải chắc chắn, dễ sử dụng nên FSCS không chế tạo theo kiểu máy tính
hoặc màn hình cảm ứng. Tuy vậy cũng có thể sử dụng đồ họa máy tính để làm
thiết bị giám sát phụ để giám sát hoạt động của hệ thống. Để đáp ứng được
các tiêu chuẩn qui định, nhiều nhà sản xuất FSCS phải thực hiện việc sản xuất
theo đơn đặt hàng của từng dự án. Hình 1.11 là hình ảnh mặt trước của FSCS
.“Nguồn: www.hrkirkland.com ; www.kmccontrols.com.hk ”

28. 19
1.3.3. Các thiết bị kích hoạt
a) Đầu báo khói
Đầu báo khói dùng để tự động phát hiện khói khi xảy ra cháy. Nó có thể
hoạt động theo nguyên tắc quang điện hoặc nguyên tắc i-on hóa (dùng chất
phóng xạ). Các đầu báo loại thông thường được nối song song theo từng kênh
không cho phép nhận biết địa chỉ nơi phát hiện khói. Các đầu báo địa chỉ có
định địa chỉ cho từng đầu báo và truyền thông tin theo mạng. Loại đầu báo địa
chỉ cho phép nhận biết nơi phát hiện khói.
b) Nút ấn khẩn cấp bằng tay
Nút ấn khẩn cấp bằng tay được bố trí ở các hành lang. Nếu có người phát
hiện ra cháy mà hệ thống tự động chưa phát hiện kịp thời thì có thể sử dụng
nút ấn khẩn cấp bằng tay. Nút ấn này thường dùng để kích hoạt cho hệ thống
tăng áp cầu thang.
1.4. Phương pháp điều khiển
1.4.1. Thiết bị điều khiển
Trong một tòa nhà cao tầng có thể tồn tại nhiều hệ thiết bị như báo cháy
tự động, chữa cháy tự động, HVAC, quản lý điện năng... Khi xảy ra cháy thì
Hình 1.11. Mặt trước của FSCS

29. 20
hầu hết các hệ phải chuyển chế độ làm việc, có hệ phải ngừng, có hệ chuyển
sang chế độ ưu tiên đặc biệt.
Hệ thống điều khiển khói có đặc điểm là làm việc ở điều kiện nhiệt độ
cao, môi trường ô nhiễm, nguồn điện có thể thay đổi đột ngột, chế độ làm việc
phải linh hoạt.
Để điều khiển các thiết bị trong hệ thống điều khiển khói (quạt gió, van
gió), xét về nguyên lý thì có thể sử dụng các thiết bị HVAC, thiết bị BAS,
thiết bị PLC... Tuy nhiên do đặc thù của hệ thống điều khiển khói nên các cơ
quan có thẩm quyền của các quốc gia chỉ cho phép các thiết bị trong danh
mục được sử dụng trong hệ thống điều khiển khói. Các thiết bị BAS, PLC và
ngay cả các trung tâm báo cháy tự động (FACP) tuy có khả năng điều khiển
các quạt và các van gió nhưng cũng không nằm trong danh mục của thiết bị
điều khiển khói.
Để đáp ứng yêu cầu khắt khe của hệ thống điều khiển khói, hiện nay
phần lớn các tiêu chuẩn đều yêu cầu sử dụng trạm điều khiển khói (FSCS)
[37], [38]. Đó là thiết bị chuyên dùng trong hệ thống điều khiển khói.
1.4.2. Cách thức kích hoạt hệ thống điều khiển khói
Có 3 cách để kích hoạt hệ thống điều khiển khói:
- Kích hoạt tự động
- Kích hoạt bằng tay
- Kích hoạt bằng FSCS
a) Kích hoạt tự động
Thông thường việc kích hoạt tự động hệ thống điều khiển khói thông qua
tín hiệu báo cháy. Trong đó bao gồm cả tín hiệu báo khói từ các đầu báo khói
và tín hiệu từ công tắc dòng chảy của hệ thống Sprinkler.
b) Kích hoạt bằng tay
Việc kích hoạt bằng tay được thực hiện thông qua các nút ấn khẩn cấp

30. 21
đặt ở các hành lang thoát hiểm. Khi một người phát hiện có cháy mà hệ thống
tự động chưa kích hoạt thì có thể kích hoạt bằng tay. Tuy nhiên trong những
hệ thống điều khiển khói phân vùng thì việc kích hoạt bằng tay có thể gây ra
hoạt động nhầm lẫn, bởi vì người ấn nút kích hoạt có thể ở khu vực không có
cháy, dẫn đến các quạt gió và các van gió hoạt động không đúng với yêu cầu.
Tiêu chuẩn NFPA 92A qui định sử dụng bộ điều khiển cục bộ đặt tại các
khu vực có ghi chú rõ ràng và chỉ có người có quyền điều khiển mới điều
khiển được bộ điều khiển này.
c) Kích hoạt bằng FSCS
Ở chế độ bình thường, các công tắc điều khiển của FSCS được đặt ở chế
độ AUTO. Khi cần điều khiển trực tiếp từ FSCS thì người có trách nhiệm sẽ
điều khiển bằng cách chuyển công tắc sang các vị trí ON hoặc OFF (OPEN,
CLOSE) để bật hoặc tắt cưỡng bức các thiết bị theo yêu cầu.
1.4.3. Quyền ưu tiên điều khiển
Với 3 cách thức để kích hoạt hệ thống điều khiển khói, sẽ không tránh
khỏi trường hợp có nhiều lệnh kích hoạt và dẫn đến xung đột trong hệ thống.
Vì vậy trong hệ thống điều khiển khói cần phải phân định thứ tự ưu tiên các
lệnh kích hoạt.
Thông thường khi xảy ra cháy, các tín hiệu tự động từ các cảm biến sẽ
giành quyền điều khiển hệ thống, kích hoạt hệ thống điều khiển khói và loại
bỏ các lệnh thông thường trước đó. Trong quá trình phát triển đám cháy, khói
sẽ lan ra các khu vực khác trong tòa nhà dẫn đến các cảm biến khác tiếp tục
gửi lệnh đến hệ thống điều khiển. Trong trường hợp đó nếu như vắng mặt
người có trách nhiệm để đưa ra quyết định thì việc hệ thống đáp ứng các tín
hiệu tự động tiếp theo là không thích hợp. Lý do là ở khu vực phát tín hiệu
đầu tiên đang có diễn biến xấu, nếu hệ thống tự động đưa ra phản ứng tiếp
theo có thể gây ra xung đột với phản ứng đầu tiên.

31. 22
Hệ thống điều khiển khói có thể được kích hoạt bằng tay bởi các nút ấn
khẩn cấp. Tín hiệu kích hoạt bằng tay phải giành quyền kiểm soát của các tín
hiệu điều khiển bình thường và cả tín hiệu kích hoạt tự động trước đó (nếu tín
hiệu tự động và bằng tay xung đột nhau). Tín hiệu kích hoạt bằng tay tiếp
theo sẽ giành quyền điều khiển của tín hiệu kích hoạt trước đó.
Tín hiệu điều khiển được ưu tiên hàng đầu là tín hiệu từ FSCS. Các lệnh
điều khiển từ FSCS sẽ giành quyền kiểm soát của các tín hiệu điều khiển từ
các cảm biến và các nút ấn bằng tay ở các khu vực. Lệnh điều khiển sau sẽ
giành quyền điều khiển của lệnh trước đó. Thông thường khi xảy ra cháy thì
những người có trách nhiệm sẽ phải kiểm tra tình hình thực tế và ra các lệnh
điều khiển từ FSCS.
Các hệ thống điều khiển khói ở Việt Nam hiện nay không sử dụng
FSCS, việc điều khiển phụ thuộc vào hệ thống báo cháy tự động nên không
đảm bảo được quyền ưu tiên điều khiển như trên.
1.4.4. Kết nối giữa hệ thống điều khiển khói với hệ thống báo cháy tự
động
Thông thường hệ thống điều khiển khói phải nhận tín hiệu từ các trung
tâm báo cháy tự động (FACP). Việc kết nối giữa FACP với FSCS có thể thực
hiện theo hai cách:
- Kết nối Point to Point.
- Kết nối qua cổng truyền thông nối tiếp.
a) Kết nối Point to Point
Việc kết nối được thực hiện bằng các cặp dây nối từ các đầu ra của
FACP tới các đầu vào của FSCS. Các đầu ra của FACP hoạt động theo từng
nhóm đầu báo được phân chia theo từng vùng. Các tín hiệu từ đầu ra của
FACP gửi tín hiệu đến các đầu vào của FSCS để điều khiển các cơ cấu chấp
hành. Cách kết nối này đơn giản nhưng tốn nhiều dây nối và chỉ thích hợp khi

32. 23
khoảng cách giữa FACP với FSCS được bố trí ở khoảng cách gần nhau.
b) Kết nối qua cổng truyền thông nối tiếp
Thay vì phải dùng nhiều dây nối thì giữa FACP với FSCS có thể giao
tiếp với nhau qua cổng truyền thông nối tiếp (chẳng hạn cổng RS485). Khi đó
đòi hỏi giữa FACP với FSCS phải có cùng giao thức truyền thông với nhau.
1.4.5. Giao tiếp với các hệ thống khác trong tòa nhà
Trong một tòa nhà cao tầng hiện nay có thể tồn tại nhiều mạng thông tin
như mạng thông tin quản lý tòa nhà, mạng Internet. Hệ thống điều khiển khói
tiên tiến cũng có khả năng kết nối với các mạng thông tin khác để chia sẻ
thông tin và giám sát từ xa.
1.5. Sự dịch chuyển của khói
Khi xảy ra cháy, khói được tạo ra và dịch chuyển do tác động của sự
chênh áp mà cụ thể là do các yếu tố sau:
- Hiệu ứng ống khói
- Quá trình tự bay lên của khói
- Sự giãn nở vì nhiệt
- Tác động của gió
- Tác động của hệ thống điều hòa không khí
- Hiệu ứng piston trong thang máy
1.5.1. Hiệu ứng ống khói
Hiệu ứng ống khói (hình 1.12) được định nghĩa là dòng chảy thẳng đứng
của không khí do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài trục của
tòa nhà. Với hiệu ứng ống khói thông thường có sự chuyển động của khí lên
cao trong một trục của tòa nhà (cầu thang, thang máy...) khi không khí bên
ngoài trục tòa nhà lạnh hơn so với không khí bên trong. Trong trường hợp đó
khí nóng trong trục tòa nhà có tỷ trọng nhỏ hơn sẽ thoát ra bên ngoài ở phía
trên, còn khí bên ngoài có tỷ trọng lớn hơn sẽ tràn vào trục tòa nhà ở phía

33. 24
dưới. Như vậy ở phía trên áp suất bên trong trục tòa nhà lớn hơn phía ngoài,
còn ở phía dưới áp suất bên trong nhỏ hơn phía ngoài. Khi nhiệt độ trong trục
tòa nhà nhỏ hơn nhiệt độ ngoài thì xảy ra hiệu ứng ống khói ngược với dòng
khí chuyển động ngược lại.
Mặt phẳng nằm ngang ở độ cao mà tại đó độ chênh áp suất trong và
ngoài nhà bằng không được gọi là mặt phẳng cân bằng áp suất.
Độ chênh áp suất giữa trong và ngoài nhà được tính theo công thức [37]:
1 1
3460
o i
p h
T T
 
   
 
(1.1)
Trong đó:
p là độ chênh áp (Pa)
To là nhiệt độ phía ngoài (K)
Ti là nhiệt độ phía trong nhà (K)
h là khoảng cách từ điểm cần tính đến mặt phẳng cân bằng áp suất
Hiệu ứng ống khói phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ và độ cao của
tòa nhà, nó gây ảnh hưởng nhiều đến độ chênh lệch áp suất giữa tầng trên
cùng và dưới cùng trong cầu thang thoát hiểm khi được điều áp. Trong điều
Hình 1.12. Hiệu ứng ống khói trong tòa nhà [38]

34. 25
kiện khí hậu 4 mùa ở Hà Nội, hiệu ứng ống khói càng gây ảnh hưởng phức
tạp đến sự biến đổi của áp suất dư trong buồng thang. Buồng thang thoát hiểm
trong các nhà cao tầng ở Hà Nội không được phân vùng, cho nên chiều cao
càng lớn thì hiệu ứng ống khói diễn ra càng mạnh.
Theo công thức (1.1) thì độ chênh lệch áp suất giữa tầng trên cùng và
dưới cùng trong buồng thang sẽ là:
1 1
3460
o i
p H
T T
 
   
 
(1.2)
Trong đó: H là chiều cao của tòa nhà (m).
Ví dụ sau đây cho thấy ảnh hưởng của hiệu ứng ống khói:
Với tòa nhà có chiều cao khoảng 100 m (tương đương chiều cao tòa nhà
30 tầng), giả sử nhiệt độ trong buồng thang Ti = 298 K (250
C), nhiệt độ ngoài
trời vào mùa đông T0 = 291 K (180
) thì độ chênh lệch áp suất sẽ là:
1 1
3460 100 28 ( )
291 298
p Pa
 
    
 
Nếu nhiệt độ ngoài trời T0 = 288 K (150
C) thì độ chênh lệch áp suất sẽ là
40 Pa. Nếu nhiệt độ ngoài trời vào mùa hè là 308 K (350
C) thì độ chênh lệch
áp suất sẽ là -37,7 Pa (áp suất phía dưới cao hơn phía trên).
Độ chênh lệch áp suất thực tế còn phụ thuộc vào công suất và vị trí đặt
quạt tăng áp, khối lượng riêng của không khí, diện tích khe hở...
Kết quả thực nghiệm cũng đã chứng minh cho sự thay đổi của áp suất dư
do ảnh hưởng của hiệu ứng ống khói. Việc thực nghiệm tiến hành đo áp suất
dư cho một tòa nhà Royal City tại đường Nguyễn Trãi, dụng cụ đo áp suất dư
là máy đo cầm tay Testo 510 (hình 1.13), thời điểm đo vào mùa đông. Kết quả
đo tại các tầng như trong bảng 1.1.

35. 26
Bảng 1.1. Các giá trị đo áp suất dư cầu thang
Vị trí đo Tầng 1 Tầng 3 Tầng 16 Tầng 24 Tầng 35
Giá trị đo (Pa) 21 23 54 65 82
Việc khảo sát sự thay đổi của áp suất dư có thể thực hiện thông qua phần
mềm mô phỏng.
Theo QCVN 06:2010 [13] thì qui định áp suất dư trong buồng thang
thoát hiểm khi điều áp từ 20 Pa đến 50 Pa là có căn cứ đến điều kiện khí hậu
Việt Nam. Theo qui chuẩn này thì độ chênh lệch áp suất tối đa giữa các tầng
chỉ là 30 Pa. Tuy nhiên với những tòa nhà có chiều cao tương đối lớn như ví
dụ trên thì độ chênh lệch áp suất có thể vượt quá ngưỡng khi có sự chênh lệch
nhiệt độ cao.
1.5.2. Quá trình tự bay lên của khói
Ở nhiệt độ cao, do tỷ trọng giảm nên khói sẽ tự bay lên. Tại mỗi vị trí sẽ
xuất hiện độ chênh áp suất giữa vùng khói với vùng lân cận [37] :
1 1
3460
s f
p h
T T
 
    
 
(1.3)
Trong đó:
Hình 1.13. Đo áp suất dư cầu thang bằng máy cầm tay Testo 510

36. 27
Ts là nhiệt độ vùng lân cận
Tf là nhiệt độ vùng khói
h là khoảng cách từ điểm cần tính đến mặt phẳng cân bằng áp suất
1.5.3. Sự giãn nở vì nhiệt
Do tác động nhiệt của ngọn lửa làm cho khí giãn nở ra và tạo nên sự dịch
chuyển của khói. Đối với căn phòng có một cửa mở thì sẽ có một lượng khói
thoát ra ngoài và một lượng khí từ ngoài vào trong phòng. Tỷ số giữa các lưu
lượng khí đó tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của trong và ngoài phòng [37]:
out out
in in
Q T
Q T
 (1.4)
Trong đó:
Qout là lưu lượng thể tích của khói từ phòng bị cháy thoát ra (m3
/s)
Qin là lưu lượng thể tích của không khí từ ngoài vào phòng (m3
/s)
Tout là nhiệt độ của khói thoát khỏi phòng (K)
Tin là nhiệt độ không khí vào phòng (K)
1.5.4. Tác động của gió
Gió có thể gây ra những tác động đến sự dịch chuyển của khói. Áp suất
mà gió gây ra trên một bề mặt được tính theo công thức [37]:
2
w w0,5. . .p C v (1.5)
Trong đó:
pw là áp suất do gió gây ra (Pa)
Cw là hệ số áp suất
 là tỷ trọng của khí (kg/m3
)
v là vận tốc của gió (m/s)
Hệ số Cw phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của bề mặt và có giá trị
trong khoảng từ -0,8 đến 0,8. Nó có giá trị dương nếu bề mặt ở phía đón gió
và có giá trị âm ở phía ngược lại.

37. 28
Tác động của gió thường diễn biến bất thường nên có thể coi là tác động
nhiễu đến hệ thống điều khiển khói.
1.5.5. Tác động của hệ thống HVAC
Trước khi nghiên cứu phát triển các hệ thống điều khiển khói, hệ thống
HVAC luôn ngừng hoạt động khi xảy ra cháy. Hiện nay nhờ kỹ thuật điều
khiển tiên tiến, các hệ thống HVAC có thể tham gia tích cực để hỗ trợ cho hệ
thống điều khiển khói, đặc biệt là trong giai đoạn đầu hình thành đám cháy.
1.5.6. Hiệu ứng Piston
Hiệu ứng piston xảy ra trong giếng thang máy khi thang máy chuyền
động. Nếu thang máy chuyển động từ trên xuống thì áp suất phía dưới tăng
lên, áp suất phía trên giảm xuống và ngược lại. Độ chênh áp lớn nhất do hiệu
ứng piston gây ra sẽ xuất hiện ở tầng trên cùng hoặc tầng dưới cùng.
1.6. Tính toán, thiết kế quạt điều áp cầu thang
Việc tính toán chọn quạt điều áp cầu thang cần quan tâm đến 2 thông số
cơ bản là lưu lượng và cột áp.
Lưu lượng khí cần cấp cho cầu thang khi điều áp bằng tổng lượng khí từ
cầu thang thoát ra hành lang và lượng khí từ cầu thang thoát ra phía ngoài tòa
nhà [12], [37]:
T SB SOu SOiQ Q Q Q    (1.6)
Trong đó:
QT là lưu lượng khí cần cấp cho cầu thang (m3
/s)
QSB là lưu lượng khí thoát từ cầu thang ra hành lang (m3
/s)
QSOu là lưu lượng khí thoát từ cầu thang ra ngoài tòa nhà (m3
/s)
QSOi là lưu lượng khí thoát từ cầu thang ra ngoài theo các lối riêng (m3
/s)
Lưu lượng khí cần cấp phụ thuộc nhiều vào diện tích các lối thoát, trong
đó có diện tích các khe hở. Trong thiết kế, các diện tích khe hở chỉ có thể lấy
gần đúng.

38. 29
Cột áp của quạt điều áp trong trường hợp quạt đặt ở trên tầng thượng
được tính theo công thức [12]:
1 1 2 wSB f fp p p p p p         (1.7)
Trong đó:
p là cột áp của quạt tăng áp (Pa)
pSB là độ chênh áp do hiệu ứng ống khói tại độ cao cửa hút gió (Pa)
p1 là áp suất dư cần thiết tại tầng 1 (Pa)
pf1 là tổn hao áp suất trong buồng thang (Pa)
pf2 là tổn hao áp suất trong mạng ống dẫn (Pa)
pw là áp suất gió bên ngoài phía khuất gió tại vị trí cửa hút (pw < 0) (Pa)
Về vị trí đặt thì quạt điều áp cầu thang có thể đặt trên tầng thượng hoặc
tầng trệt ở nơi có thể lấy gió sạch.
Với các nước có khí hậu lạnh, ảnh hưởng của hiệu ứng ống khói thuận
trong buồng thang làm cho nhiệt độ phía dưới có xu hướng thấp hơn phía trên
nên quạt tăng áp thường đặt phía dưới để bù sự chênh lệch áp suất đó [37].
Ở Hà Nội có khí hậu 4 mùa, hiệu ứng ống khói có thể thuận hoặc ngược
nên quạt tăng áp có thể đặt ở tầng thượng hoặc tầng trệt. Thực tế hiện nay hầu
hết các quạt tăng áp đều được đặt ở tầng thượng. Cách đặt này sẽ phù hợp với
khí hậu mùa hè nhưng lại không phù hợp với khí hậu mùa đông để bù sự
chênh lệch áp suất.
Khi thiết kế hệ thống điều áp cầu thang ở Hà Nội với quạt tăng áp đặt ở
tầng thượng thì các thông số thường chọn trong điều kiện mùa đông [12].
Trong điều kiện đó thì áp suất ở tầng dưới cùng có giá trị thấp nhất. Nếu đảm
bảo được áp suất ở tầng dưới cùng là 20 Pa thì ở tầng trên cùng có thể vượt
quá 50 Pa do hiệu ứng ống khói như ở mục 1.5.1 đã phân tích.
Như vậy khi thiết kế hệ thống điều áp cầu thang sẽ phải sử dụng nhiều
thông số gần đúng và các thông số thực tế có thể khác nhiều so với thiết kế.

39. 30
Mặt khác áp suất dư trong buồng thang chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố nên
khó đảm bảo đúng tiêu chuẩn yêu cầu. Vấn đề này có thể khắc phục nếu áp
dụng kỹ thuật điều khiển tự động để điều khiển quạt gió và các van gió trong
hệ thống điều áp cầu thang.
Nhận xét
- Ở các nước phát triển, việc ứng dụng hệ thống điều khiển khói cho các
tòa nhà cao tầng rất được quan tâm. Các hệ thống điều khiển khói ở nhiều
nước phải theo tiêu chuẩn các tiêu chuẩn khắt khe. Trong đó bắt buộc phải sử
dụng FSCS được thiết kế cho từng dự án và điều khiển các thiết bị theo mạng
truyền thông. Giải pháp điều áp phân vùng rất được chú ý trong các tòa nhà
cao tầng.
- Ở Việt Nam cũng đã áp dụng các hệ thống điều khiển khói cho các tòa
nhà cao tầng, nhưng mức độ tự động hóa còn đơn giản. Các hệ thống điều
khiển khói đang áp dụng phổ biến bao gồm hệ thống điều áp cầu thang và hút
khói hành lang. Các tòa nhà cao tầng ở Việt Nam không áp dụng giải pháp
điều áp phân vùng, các hệ thống điều áp cầu thang không điều chỉnh tự động
để ổn định áp suất dư. Việc thiết kế và thi công các hệ thống điều khiển khói
không thống nhất theo một tiêu chuẩn chung. Hiện chưa có những nghiên cứu
sâu để đánh giá hiệu quả hoạt động của các hệ thống đang sử dụng.
- Để có thể áp dụng hiệu quả các hệ thống điều khiển khói vào Việt Nam
thì cần có những nghiên cứu về mặt kỹ thuật, trong đó cần đặc biệt đến khâu
giám sát và điều khiển tự động cho hệ thống.

40. 31
Chương 2
MÔ HÌNH HÓA, MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓI
2.1. Các khối chức năng cơ bản và phương pháp mô hình hóa cho hệ
thống điều khiển khói
2.1.1. Các khối chức năng cơ bản của hệ thống điều khiển khói
Các khối chức năng cơ bản của hệ thống điều khiển khói được mô tả như
hình 2.1. Trạm điều khiển khói nhận tín hiệu báo cháy từ trung tâm báo cháy
tự động và thực hiện các lệnh điều khiển cho hệ thống điều áp cầu thang và hệ
thống hút khói hành lang. Đối tượng điều khiển là buồng thang thoát hiểm và
các hành lang chứa khí và khói. Để có thể thiết kế hệ thống điều khiển phù
hợp thì cần thiết phải xây dựng mô hình đối tượng và tìm hàm truyền của đối
tượng.
Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển khói
Trạm điều
khiển khói
(FSCS)
Trung tâm báo
cháy tự động
(FACP)
Van gió hành lang
Cảm biến
khói
Quạt
hút khói
Nút ấn
khẩn cấp
Điều khiển điều
áp cầu thang
Bộ điều khiển
điều áp
Biến tần Quạt
tăng áp
Buồng
thang
Van gió
buồng thang
Áp suất dư
Giá trị đặt
Cảm biến
áp suất
a) Sơ đồ khối của toàn hệ thống
b) Sơ đồ khối của hệ thống điều áp cầu thang

41. 32
2.1.2. Phương pháp mô hình hóa
Việc mô hình hóa, mô phỏng là một việc cần thiết và có ý nghĩa quan
trọng. Kết quả mô phỏng dùng để phân tích, đánh giá sự dịch chuyển của khói
cùng với những yếu tố tác động và hoạt động của các thiết bị điều khiển. Qua
đó cũng xác định được đặc tính động học của đối tượng điều khiển để xây
dựng mô hình toán học cho hệ thống.
Trong kỹ thuật điều khiển, việc mô phỏng hoạt động của hệ thống
thường được thực hiện nhờ phần mềm Matlab - Simulink. Trong hệ thống
điều khiển khói, đối tượng điều khiển chứa dòng khí chuyển động với đặc
tính động học rất phức tạp. Để có thể mô phỏng cho các quá trình động lực
học của hệ thống điều khiển khói thì cần phải có các công cụ hỗ trợ khác.
Phần mềm CONTAM [31] và phần mềm FDS [42], [43] là những công cụ đắc
lực và đang được sử dụng phổ biến để mô phỏng cho các quá trình động lực
học của hệ thống điều khiển khói.
Theo lý thuyết động lực học chất lưu chuyển động của chất khí có thể
phân làm 2 dạng:
- Dòng chảy ổn định (còn gọi là chế độ chuyển động dừng) là chế độ
dòng chảy mà trong đó các thông số của dòng chảy (chẳng hạn như vận tốc)
tại mỗi vị trí không biến đổi theo thời gian.
- Dòng chảy không ổn định là chế độ dòng chảy mà trong đó các thông
số của dòng chảy tại mỗi vị trí biến đổi theo thời gian.
Trong thực tế quá trình dịch chuyển của khói từ các đám cháy là dòng
chảy không ổn định. Tuy nhiên với một quá trình biến đổi chậm ta có thể coi
quá trình đó là ổn định để việc mô hình hóa trở nên đơn giản hơn. Khi khảo
sát các thông số cơ bản của một hệ thống điều khiển khói như áp suất, lưu
lượng, vận tốc... cần thiết phải dựa trên giả thiết này. Các bài toán phân tích,

42. 33
thiết kế hệ thống điều khiển khói chủ yếu dựa trên việc mô hình hóa dòng
chảy ổn định.
Đối với chế độ dòng chảy không ổn định thì việc mô hình hóa phải dựa
trên hệ phương trình vi phân rất phức tạp. Trong nhiều trường hợp cần thiết,
chẳng hạn như tái hiện lại vụ cháy đã xảy ra thì phải tiến hành mô hình hóa
cho chế độ này để phân tích đánh giá sự lan truyền của khói và đánh giá hiệu
quả hoạt động của hệ thống điều khiển khói.
2.2. Mô hình hóa hệ thống điều áp cầu thang trong chế độ tĩnh
2.2.1. Các thành phần cơ bản trong mô hình
Mô hình hệ thống điều khiển khói trong một tòa nhà bao gồm các thành
phần cơ bản sau:
- Cấu trúc của tòa nhà, trong đó thể hiện được cấu trúc của từng tầng,
cấu trúc các phòng, cửa, hành lang, cầu thang, các khe hở...
- Các thiết bị cơ khí bao gồm: quạt gió, ống dẫn gió, van gió.
- Các nguồn tạo khói và các chất gây ô nhiễm.
- Môi trường xung quanh.
2.2.2. Các thông số cơ bản và phương trình liên hệ
Dòng chảy của chất khí trong chế độ tĩnh là dòng chảy ổn định, trong đó
có nhiều thông số cần quan tâm như cột áp, lưu lượng, vận tốc, nhiệt độ, nồng
độ khí... Trong đó có 2 thông số đặc biệt quan trọng có mối liên hệ chặt chẽ
với nhau là cột áp và lưu lượng. Với mỗi thành phần trong hệ thống điều
khiển khói đều có những phương trình hoặc đồ thị đặc trưng cho mối quan hệ
giữa cột áp và lưu lượng. Dưới đây là các phương trình đặc trưng cho từng
đối tượng [31], [37], [38].
a) Các lối thoát khí
Phương trình đặc trưng cơ bản của các lối thoát khí có dạng lũy thừa:
- Lưu lượng thể tích:

43. 34
n
pCQ )( (m3
/s) (2.1)
- Lưu lượng khối lượng:
'( )n
F C p  (kg/s) (2.2)
Trong đó:
Q là lưu lượng thể tích (m3
/s)
F là lưu lượng khối lượng (kg/s)
p là độ chênh áp giữa 2 đầu dòng chảy
C và C’ là hệ số tỷ lệ
n là một số mũ có giá trị nằm trong khoảng từ 0,5 đến 1
Một số lối thoát khí thông thường như cửa mở, lỗ thông hơi, khe hở tuân
theo phương trình họng phun, đó là một trường hợp riêng của phương trình
lũy thừa ứng với n = 0,5:

p
ACQ d


2
(m3
/s) (2.3)
2dF C A p  (kg/s) (2.4)
Trong đó
Cd là hệ số dòng phun
A là diện tích họng phun
Đối với dòng chảy qua cầu thang cũng có thể sử dụng phương trình họng
phun. Tuy nhiên do cầu thang bị cản bởi các sàn và dòng người dịch chuyển
nên diện tích A trong phương trình họng phun được tính theo công thức sau:
)14,01)(089,0( dhAA s  (đối với cầu thang hở)
)24,01)(083,0( dhAA s  (đối với cầu thang kín)
Trong đó:
As là diện tích thực của cầu thang (m2
)
h là khoảng cách giữa 2 sàn (m)

44. 35
d là mật độ người trong cầu thang (số người/m2
)
b) Đường ống dẫn khí:
Tổn hao do ma sát trong đường ống được xác định theo phương trình
Darcy – Weisbach [37] :
2
2
f
h
L U
p f
D

  (2.5)
Trong đó:
pf là tổn hao áp suất (Pa)
f là hệ số ma sát giữa không khí với đường dẫn
L là chiều dài ống dẫn hoặc buồng thang
Dh là đường kính thủy lực của ống dẫn hoặc buồng thang
 là khối lượng riêng của không khí (kg/m3
)
U là vận tốc trung bình của khí trong đường dẫn (m/s)
Đường kính thủy lực có thể tính theo công thức:
4
h
A
D
P

Trong đó:
A là tiết diện ngang của ống dẫn hoặc buồng thang (m2
)
P là chu vi của ống dẫn hoặc buồng thang (m)
Tổn thất do động năng:
2
2
d dy
v
p C

  (2.6)
Cdy là hệ số tổn thất động năng
c) Đặc tính của quạt gió
Đặc tính của quạt gió có dạng đường cong và do nhà sản xuất đưa ra
trong các tài liệu kỹ thuật của sản phẩm. Hình 2.2 mô tả đặc tính một loại quạt
gió được dùng trong hệ thống tăng áp cầu thang do Công ty cổ phần chế tạo

45. 36
máy điện Việt Nam – Hungary (VIHEM) giới thiệu, trong đó đường màu đen
là đặc tính của quạt gió, đường màu đỏ là đặc tính sức cản của mạng dẫn gió.
Điểm làm việc của quạt gió là giao điểm của đường đặc tính quạt gió với
đặc tính sức cản của mạng dẫn gió. Việc xây dựng đặc tính của cả mạng dẫn
gió là một việc khá phức tạp. Tuy vậy với sự trợ giúp của phần mềm
CONTAM sẽ giúp cho việc giải quyết vấn đề trên trở nên đơn giản hơn.
2.2.3. Ứng dụng phần mềm CONTAM để mô hình hóa dòng chảy ổn định
a) Giới thiệu về phần mềm CONTAM
Phần mềm CONTAM (viết tắt của Contaminant) là một phần mềm phân
tích, đánh giá chất lượng không khí và quá trình thông gió trong các tòa nhà
[31]. Đây là phần mềm được phát triển bởi Viện tiêu chuẩn và công nghệ
quốc gia (NIST) của Mỹ.
Phần mềm được thiết kế theo kiểu đa vùng (multizone) để phân tích,
đánh giá các yếu tố:
- Dòng khí dịch chuyển trong tòa nhà, các thông số của dòng khí, các
hiệu ứng ảnh hưởng đến sự dịch chuyển của dòng khí và ảnh hưởng của các
thiết bị kỹ thuật liên quan.
Hình 2.2. Đặc tính của quạt tăng áp cầu thang VIHEM

46. 37
- Các chất gây ô nhiễm, sự phát tán của các chất gây ô nhiễm như CO2,
CO trong không khí, ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm đối với con người.
Việc khai thác, sử dụng phần mềm CONTAM sẽ giúp ta đánh giá được
hiệu quả của các hệ thống thông gió, điều hòa không khí và các hệ thống kiểm
soát khói khi có cháy trong các tòa nhà.
Giao diện của phần mềm CONTAM được thiết kế dưới dạng sơ đồ mặt
bằng đơn giản hóa của từng tầng như hình 2.3. Trong đó mô hình được thể
hiện ở dạng đơn giản nhưng vẫn thể hiện được các thông số đặc trưng cơ bản.
b) Phương pháp thiết kế mô hình với phần mềm CONTAM
Mô hình được thiết kế cho từng tầng, mỗi tầng được gọi là một Level.
Trong mỗi Level, mô hình được thiết kế ở dạng đơn giản nhờ các thanh công
cụ hoặc menu. Các công cụ bao gồm đầy đủ các thành phần cơ bản như:
tường (Walls), cửa hoặc khe hở (Flow Path), đường ống (Ducts), thiết bị điều
hòa không khí (Air Handling Units)...
Mỗi thành phần của hệ thống phải được chọn các tham số phù hợp.
Chẳng hạn như:
Hình 2.3. Mô hình hóa từ một tòa nhà thực [31]

47. 38
- Các vùng (Zone) cần thiết lập các thông số: tên vùng, diện tích, nhiệt
độ, áp suất... Trong đó nhiệt độ và áp suất có thể là hằng số hoặc phụ thuộc
vào các thông số khác.
- Các cửa, khe hở, van gió, lối thoát khí... (Flow Path) có nhiều lựa chọn
khác nhau và cần cần thiết lập các thông số cơ bản: tên, diện tích, hệ số lưu
lượng...
- Các đường ống (Ducts) cần thiết lập các thông số: tiết diện, chiều dài,
độ nhám, hệ số lưu lượng.
- Đặc tính của quạt gió phải căn cứ vào đặc tinh do nhà sản xuất cung
cấp. Ta lấy thông số cột áp và lưu lượng tại một số điểm và nhập vào Fan
Performance, phần mềm sẽ tự vẽ một đường cong đặc tính theo các thông số
nhập vào (hình 2.4).
Hình 2.4. Xây dựng đặc tính của quạt gió

48. 39
c) Mô hình hóa hệ thống điều áp cầu thang
Mô hình mô phỏng cho tòa nhà chung cư và dịch vụ thương mại số 3
Nguyễn Huy Tưởng. với 19 tầng nổi, 2 tầng hầm. Hệ thống điều áp cầu thang
có các bộ phận chính như sau:
- Quạt gió đặt trên sân thượng cấp gió qua các ống dẫn. Lưu lượng của
quạt gió là 4,2 m3
/s
- Ống dẫn dạng hình chữ nhật có kích thước (700750) mm
- Cửa gió có kích thước (600400)mm
- Diện tích buồng thang là 15 m2
với cửa buồng thang là 1,8 m2
- Nhiệt độ trong buồng thang vào mùa đông là 200
C, mùa hè là 250
C.
- Nhiệt độ ngoài trời mùa đông lấy 2 giá trị 120
C và 180
C, mùa hè lấy 2
giá trị 280
C và 380
C để mô phỏng cho các trường hợp hiệu ứng ống khói
thuận và ngược.
- Khe hở ở mỗi cửa thoát hiểm lấy các giá trị tử 0,008 m2
đến 0,03 m2
Sơ đồ mô phỏng sau khi thiết kế như hình 2.5
Hình 2.5. Giao diện của một tầng

49. 40
Kết quả các thông số mô phỏng khi các cửa thoát hiểm đều đóng được
hiển thị như hình 1PL1 (Phụ lục 1)
Kết quả các thông số mô phỏng khi cửa thoát hiểm tầng 1 mở được hiển
thị như hình 2PL1 (Phụ lục 1)
Kết quả mô phỏng cho thấy khi nhiệt độ ngoài trời thấp hơn nhiệt độ
trong nhà thì xảy ra hiệu ứng ống khói thuận, khi đó áp suất dư bên trên cao
hơn phía dưới. Khi nhiệt độ ngoài trời cao hơn nhiệt độ trong nhà thì xảy ra
hiệu ứng ống khói ngược, khi đó áp suất dư bên trên nhỏ hơn phía dưới. Ở
tầng giữa của buồng thang, áp suất dư có giá trị trung bình.
Khi thay đổi lưu lượng của quạt gió thì áp suất dư trung bình tại giữa
buồng thang gần như tỷ lệ với bình phương của lưu lượng quạt gió. Mối quan
hệ này còn phụ thuộc vào diện tích thoát khí tại các cửa. Kết quả mô phỏng
trong các trường hợp được thống kê trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Sự thay đổi của áp suất dư trung bình theo lưu lượng quạt gió
Lưu lượng
(m3
/s)
Khe hở (m2
)
1,8 2 2,5 3 3,5 4 4,5
0,008 83,30 98,18 176,23 260,72 362,83 471,94 618,00
0,010 58,68 72,14 114,11 167,80 231,18 312,91 391,93
0,015 26,59 33,65 52,81 78,00 108,52 146,70 189,21
0,018 19,54 24,05 37,85 58,07 79,73 109,45 145,31
0,020 16,64 20,45 31,96 46,81 65,76 89,39 117,97
0,025 11,66 14,33 22,24 32,10 44,23 58,97 76,63
0,030 8,59 10,57 16,39 24,30 32,13 42,37 54,42
0,035 5,56 8,08 12,56 18,00 24,49 32,09 40,94

50. 41
Qua bảng số liệu trên ta thấy mối quan hệ giữa áp suất dư trung bình với
lưu lượng của quạt gió có thể mô tả theo công thức:
2
1.p k Q (2.7)
Với k1 là một hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào diện tích khe hở ở mỗi cửa buồng
thang thoát hiểm được xác định gần đúng theo bảng 2.2. Đồ thị biểu diễn sự
thay đổi của hệ số tỷ lệ như hình 2.6. Khi áp suất dư lớn thì công thức trên có
sai số khoảng từ 1% đến 5%.
Bảng 2.2. Sự thay đổi của hệ số tỷ lệ theo diện tích khe hở
Diện tích
khe hở (m2
)
0,008 0,010 0,015 0,018 0,020 0,025 0,030 0,035
Hệ số k1 28,98 18,66 8,67 6,00 5,10 3,56 2,70 2,00
0
5
10
15
20
25
30
35
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
Khe hở (m2)
k1
Kết quả nghiên cứu cho thấy áp suất dư ở các tầng biến đổi phức tạp và
phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó diện tích thoát khí có ảnh hưởng lớn đến
Hình 2.6. Đồ thị thay đổi của hệ số tỷ lệ theo diện tích khe hở

51. 42
áp suất dư. Khi khe hở ở mỗi cửa tăng lên thì áp suất dư trong buồng thang
giảm đáng xuống, khi khe hở ở mỗi cửa giảm xuống thì áp suất dư trong
buống thang tăng lên. Theo số liệu trên thì khi khe hở mỗi cửa giảm từ 0,02
m2
đến 0,01 m2
thì áp suất dư tăng lên khoảng 4 lần, nếu khe hở giảm tiếp thì
áp suất dư tiếp tục tăng mạnh. Sự thay đổi của khe hở dẫn đến sự thay đổi
của hệ số tỷ lệ k1 trong mối quan hệ giữa lưu lượng của quạt gió với áp suất
dư trong hệ thức (2.7). Khi một cửa thoát hiểm được mở ra thì áp suất dư
càng giảm nhiều và sẽ có thể giảm xuống dưới giá trị yêu cầu. Áp suất dư ở
các tầng còn chịu ảnh hưởng của nhiệt độ do ảnh hưởng của hiệu ứng ống
khói. Khi nhiệt độ chênh lệch càng nhiều thì độ chênh lệch áp suất giữa tầng
trên cùng và tầng dưới cùng càng lớn.
Trong mô hình mô phỏng còn cho phép thay đổi các thông số khác như
các thông số ống dẫn, độ ẩm, áp suất khí quyển, vận tốc gió... để khảo sát sự
thay đổi của áp suất dư trong buồng thang. Tuy nhiên ảnh hưởng của các yếu
tố này không lớn so với các yếu tố trên.
Qua các kết quả mô phỏng trên ta có thể điều chỉnh các thông số kỹ thuật
cần thiết của hệ thống điều áp cầu thang để đáp ứng tốt nhất các yêu cầu về an
toàn cho tòa nhà.
Trong thiết kế hệ thống điều áp cầu thang của tòa nhà trên thì quạt gió
được chọn có lưu lượng cực đại là 30000 m3
/h (8,3 m3
/s), lớn hơn so với giá
trị lưu lượng trong mô hình mô phỏng. Trong thực tế người ta sẽ sử dụng các
van điều tiết cùng các van xả áp để điều chỉnh áp suất dư trong buồng thang.
2.3. Mô hình hóa hệ thống hút khói hành lang và điều áp cầu thang trong
chế độ động
Dòng chảy của chất khí trong chế độ động là dòng chảy không ổn định.
Việc mô hình hóa bao gồm việc mô hình hóa dòng chảy của chất khí cùng với
các quá trình trao đổi nhiệt và đôi khi cả quá trình trao đổi chất. Thông qua

52. 43
mô hình hóa và mô phỏng cho phép đánh giá được tác động của các thiết bị
điều khiển đến các quá trình động lực. Ngoài ra kết quả mô phỏng còn cho
phép nhận biết đặc tính động học của đối tượng của các đối tượng điều khiển.
Trên cơ sở đó sẽ xây dựng được mô hình toán học của hệ thống điều khiển.
2.3.1. Phương trình cơ bản
a) Tensor và phép tính tensor
Tensor là khái niệm mở rộng của các đại lượng vô hướng và vec tơ,
trong đó bao gồm hệ thống các phần tử mô tả cho thuộc tính của một đối
tượng nào đó [1]. Tensor được sử dụng phổ biến trong lý thuyết CFD và cơ
học môi trường liên tục.
Tensor được phân theo các hạng:
- Tensor hạng 0 là các đại lượng vô hướng: khối lượng, nhiệt độ…
- Tensor hạng 1 là các đại lượng véc tơ: vận tốc, gia tốc, lực, động
lượng… Các tensor từ bậc 1 trở lên thường được ký hiệu kèm theo chỉ số.
Chẳng hạn như vận tốc ui là một tensor hạng 1, nếu xét trong hệ tọa độ Đề các
thì có 3 thành phần u1= ux ; u2 = uy; u3 = uz.
- Tensor hạng 2 và hạng cao được ký hiệu Ti,j; Ti,j,k; Ti,j,k,l …Tensor hạng
2 có thể được mô tả dưới dạng ma trận. Ví dụ tensor ứng suất Cauchy trong
hệ tọa độ Đề các (hình 2.7) được mô tả bởi ma trận
11 12 13
, 21 22 23 yx
31 32 33
xx xy xz
i j yy yz
zx zy zz
    
      
     
  
  
    
     
Có nhiều phép tính tensor như phép cộng, phép nhân vô hướng, nhân có
hướng và các phép tính vi phân. Trong hệ tọa độ Đề các, phép tính vi phân
được biểu diễn như sau [1]:
Hinh 2.7 Tensor ứng suất Cauchy

53. 44
- Gradient (grad)
u u u
u i j k
x y z
  
   
  
 
- Divergence (div)
.
yx z
VV V
V
x y z
 
   
  
- Rotation (rot)
y yx xz z
x y z
i j k
F FF FF F
F i j k
x y z y z z x x y
F F F
          
                       
 
 
Trong đó: , ,i j k
  
là các véc tơ đơn vị theo các phương x, y, z
b) Phương trình Navier - Stokes
Theo lý thuyết CFD, quá trình động lực học của khói và các chất khí
được mô tả bởi phương trình Navier – Stoke. Phương trình này được xây
dựng từ các định luật bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng. được
viết cho một thể tích bất kỳ có dạng tổng quát [1], [39]:
. .
u
u u p T f
t

 
      
 
(2.8)
Trong đó:
p là Gradient áp suất
T là Tensor ứng suất
.T là các lực biến dạng trong chất lưu, thông thường do hiệu ứng của
tính nhớt.
f là các lực khác (chẳng hạn như trọng lực)
Đây là phương trình chủ đạo để mô tả cho động lực học của chất lưu,
ngoài ra còn có các phương trình khác liên quan như phương trình bảo toàn
khối lượng, bảo toàn năng lượng, phương trình trạng thái của chất khí...

54. 45
Áp dụng với chất khí trong đám cháy ta có phương trình viết dưới dạng
Tensor [42] :
, ,( ) '''iji
i j i d i b b i
j i j
u p
u u g f m u
t x x x

 
  
      
   
 (2.9)
Trong đó :
p là áp suất
 là tensor ứng suất
 là khối lượng riêng
u là vận tốc
fd,i đặc trưng cho lực cản chưa xác định.
ibb um ,''' đặc trưng cho thành phần bay hơi hoặc cháy
Các chỉ số i, j =1,2,3 (1 chỉ phương x, 2 chỉ phương y, 3 chỉ phương z)
Nếu viết phương trình cho từng phương ta có:
2
, ,
( )( ) ( )
'''
x y xyx x x z xx xz
x d x b b x
u uu u u u p
g f m u
t x y z x x y z
     

     
          
       

2
, ,
( ) ( ) ( )
'''
y x y y y z xy yy yz
y d y b b y
u u u u u u p
g f m u
t x y z y x y z
      

      
          
       

2
, ,
( )( ) ( )
'''y z yzx z xzz z zz
z d z b b z
u uu uu u p
g f m u
t x y z z x y z
    

    
          
       

Đây là phương trình vi phân riêng phi tuyến nhiều ẩn số. Cho đến nay
chưa có lời giải hoàn chỉnh cho phương trình này. Phương pháp phổ biến hiện
nay để giải bài toán này là sử dụng phương pháp sai phân gần đúng với sự trợ
giúp của máy tính.
Phương pháp mô phỏng số trực tiếp (DNS) thực hiện bằng cách chuyển
trực tiếp phương trình Navier-Stokes sang phương trình sai phân, trong đó

55. 46
khoảng cách không gian được chia nhỏ cỡ millimet. Theo phương pháp đó thì
khối lượng tính toán sẽ rất lớn và sẽ mất rất nhiều thời gian để giải một bài
toán. Ngay cả với những máy tính có cấu hình mạnh đôi khi mất hàng tháng
để hoàn thành chương trình theo phương pháp DNS.
2.3.2. Phương pháp LES
LES (viết tắt của Large eddy simulation) là một phương pháp kỹ thuật
được áp dụng hiệu quả đối với dòng chảy rối trong chất lưu. Phương pháp này
xuất phát từ việc lọc thông thấp trong một khoảng cách  để loại bỏ bớt
những thành phần biến thiên nhỏ, nhờ đó mà giảm được khối lượng tính toán
[1], [39]. Những thành phần biến thiên nhỏ không bị loại bỏ hoàn toàn mà vẫn
được tính trong thành phần phụ.
Trong không gian 3 chiều với phương pháp lọc phổ biến, xét một thể tích
Vc= δxδyδz, =Vc
1/3
. Với một đại lượng biến thiên liên tục Ф, giá trị lọc
được xác định theo công thức[42], [43]:
  







2/
2/
2/
2/
2/
2/
''')',',','(
1
),,,(
xx
xx
yy
yy
zz
zzc
dzdydxtzyx
V
tzyx






(2.10)
Giá trị thực của đại lượng Ф được xác định theo công thức:
'    
Trong đó Ф’ là thành phần hiệu chính
Đối với chất lưu nén được (chất khí), một số đại lượng thay đổi theo
khối lượng riêng, do đó giá trị lọc cần được điều chỉnh theo khối lượng
riêng.Về mặt toán học chứng minh rằng:
 
Từ đó người ta định nghĩa giá trị lọc Favre[42] được tính theo công thức:



~
Khi đó ta có: 
~
.
Phương trình động lượng LES có dạng[42]:

56. 47
, ,( ) '''
iji
i j i d i b b i
j i j
u p
u u g f m u
t x x x

 
  
      
   
 (2.11)
Biến đổi theo công thức lọc Favre:


, ,( ) '''iji
i j i d i b b i
j i j
u p
u u g f m u
t x x x

 
  
      
   
 (2.12)
Ta nhận thấy:   
i j i ju u u u cho nên ta định nghĩa thành phần tensor ứng
suất phụ (được gọi là subgrid- scale viết tắt là SGS) [42]:
  
ij ( )sgs
i j i ju u u u  
Phương trình động lượng LES được viết lại là:

  ij
, ,( ) '''
sgs
iji
i j i d i b b i
j i j j
u p
u u g f m u
t x x x x
 
 
   
       
    
 (2.13)
Với phương trình này, các đại lượng đều được lấy giá trị lọc trong từng
không gian có bề rộng  (kích thước lưới lọc). Tùy theo phạm vi ứng dụng
mà bề rộng  có thể cỡ centimet tới met [42].
Phương pháp LES được áp dụng trong các phần mềm mô phỏng động
lực học chất lưu. Khi áp dụng để mô phỏng cho đám cháy thì một điều quan
trọng là phải xác định bề rộng  hợp lý. Nếu  lớn thì sẽ giảm khối lượng tính
toán nhưng sai số sẽ lớn, ngược lại nếu  nhỏ thì sai số nhỏ nhưng khối lượng
tính toán sẽ lớn.
2.3.3. Giới thiệu phần mềm FDS
FDS (viết tắt của Fire Dynamics Simulator) là một phần mềm mô phỏng
động lực học chất lưu (CFD) của dòng khí và lửa chuyển động. Phần mềm
này giải quyết các bài toán mô phỏng LES trên cơ sở các phương trình
Navier-Stokes phù hợp với tốc độ thấp, dòng nhiệt chuyển động, với trọng
tâm là khói và nhiệt độ dịch chuyển từ đám cháy [42], [43]. Đây là phần mềm
được phát triển bởi Viện Quốc gia về Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST) của

57. 48
Bộ Thương mại Hoa Kỳ, phối hợp với Trung tâm Nghiên cứu kỹ thuật VTT
của Phần Lan.
Đi kèm với FDS còn có phần mềm Smokeview là chương trình đồng
hành trực quan được sử dụng để hiển thị dữ liệu đầu ra của FDS và dữ liệu
được hiển thị dưới dạng hình ảnh động trên máy tính.
Nhiều công trình khoa học nghiên cứu về đám cháy và sự dịch chuyển
của khói áp dụng phần mềm FDS và được kiểm chứng bằng một số thực
nghiệm [30], [32], [40], [44]. Hình 2.8 a,b là hình ảnh dịch chuyển của khói
nhận được từ thực nghiệm và mô phỏng bằng FDS do nhóm nghiên cứu của
Trường đại học Aalborg (Đan Mạch) thực hiện [44].
Ngày nay phần mềm này được ứng dụng phổ biến trong mô phỏng quá
trình động lực học đám cháy và các quá trình động lực học của chất khí [17],
[20], [42], [43], [44], [51], [62].
Để có một chương trình FDS ta phải tạo một Input file bằng một trình
soạn thảo bất kỳ (chẳng hạn Notepad). Tất cả các dữ liệu đầu vào của bài toán
như diện tích đám cháy, nhiệt lượng của đám cháy, các vật cản... đều được
Hình 2.8. So sánh sự dịch chuyển của khói giữa thực nghiệm và mô phỏng
a) Thực nghiệm b) Mô phỏng

58. 49
nhập vào Input file. Sau khi soạn xong Input file ta ghi lại với phần mở rộng
là fds. Cấu trúc cơ bản của Input file như ví dụ dưới đây [42], [43]:
&HEAD CHID='corner', TITLE='Corner'/(Bắt đầu)
&TIME T_END=30.0/(Thời gian mô phỏng)
&DUMP RENDER_FILE='corner.ge1', DT_RESTART=300.0/(Thông
số đầu ra)
&MESH ID='Mesh', IJK=30,30,60, XB=0.0,1.5,0.0,1.5,0.0,3.0/(Thông
số lưới lọc)
&REAC ID='Reaction1',(Thông số phản ứng)
............
&MATL ID='GYPSUM PLASTER',(Thông số vật liệu)
...........
&SURF ID='WALL', (Thông số bề mặt)
..........
&OBST XB=0.0,1.5,0.9,1.0,0.0,3.0, SURF_ID='WALL'/ (Thông số vật
cản)
................
&VENT SURF_ID='OPEN', XB=0.0,0.0,0.0,1.5,0.0,3.0/(Thông số lối
thoát khí)
................
&TAIL /(Kết thúc chương trình)
Phần mềm FDS còn có khả năng tạo một số lệnh điều khiển đơn giản
như điều khiển theo thời gian, điều khiển theo các cảm biến, Ví dụ dưới đây
là các lệnh để tạo các lối thoát khí ‘Hole11’ và ‘Hole21’ (tượng trưng cho
việc mở van gió) khi cảm biến khói ‘SD1’ kích hoạt:
&CTRL ID='Control01', FUNCTION_TYPE='ALL', LATCH=.TRUE.,
INPUT_ID='SD1'/ (Điều khiển theo cảm biến khói SD1)

59. 50
&HOLE XB=5.6,6.0,1.0,1.8,2.3,2.45, CTRL_ID='Control01'/ Hole11
&HOLE XB=13.6,14.0,1.0,1.8,2.3,2.45, CTRL_ID='Control01'/ Hole21
Kích thước lưới lọc được xác định sao cho tỷ số D/ có giá trị từ 4 đến
16. Trong đó D được gọi là đường kính lửa đặc trưng được tính theo công
thức sau [43]:
2/5
( )
p
Q
D m
c T g
 
  
 
 
(2.14)
Trong đó:
Q là nhiệt lượng tỏa ra từ đám cháy (kW)
 là khối lượng riêng của không khí (kg/m3
)
cp là nhiệt dung riêng của không khí (kJ/kg.K)
T là nhiệt độ môi trường (K)
g là gia tốc trọng trường (m/s2
)
Bước thời gian lấy mẫu phụ thuộc vào kích thước lưới lọc và được tính
theo công thức[43]:
1/3
5( . . ) ( )t x y z gH s     (2.15)
Trong đó:
x, y, z là kích thước lưới lọc theo các phương (m)
g là gia tốc trọng trường (m/s2
)
H là chiều cao của miền tính toán (m)
Bước thời gian lấy mẫu có thể thay đổi trong quá trình mô phỏng.
Kết quả mô phỏng được xem bằng chương trình Smokeview dưới dạng
hình ảnh động, các thông số được hiển thị dưới dạng thang vạch màu. Các dữ
liệu còn được lưu trong file với phần mở rộng csv và có thể xem bằng chương
trình Excel. Để tạo đồ thị có thể sử dụng công cụ Chart Wizard trong Excel,

60. 51
nhưng với chương trình được thiết kế dưới đây sẽ giúp việc xem kết quả
thuận tiện hơn.
2.3.4. Thiết kế chương trình đọc kết quả mô phỏng
Chương trình được thiết kế bằng Visual Basic 6.0 để đọc các dữ liệu từ
file *.csv nhận được từ kết quả mô phòng bằng FDS. Giao diện của chương
trình như hình 2.9.
Chương trình thực hiện đọc dữ liệu từ file *.csv và hiển thị kết quả dưới
dạng đồ thị. Khi thực hiện chương trình và chọn file cần mở, danh sách các
dữ liệu sẽ hiện ra. Chương trình cho phép xem nhiều dữ liệu cùng lúc nhưng
phải cùng đơn vị và cho phép xuất ra file ảnh.
2.3.5. Mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống hút khói hành lang
Mô hình mô phỏng cho 5 tầng của một tòa nhà với một đám cháy giả
định ở tầng 1 với các thông số:
- Diện tích đám cháy: 2,0 m2
- Chất cháy là Polyurethane (PU)
Hình 2.9. Giao diện chương trình đọc kết quả mô phỏng

61. 52
- Công suất tỏa nhiệt là 1562 kW/m2
Quạt hút khói có lưu lượng là 8 m3
/s, đường ống hút khói có kích thước
(750 x 750) mm, mỗi hành lang có bố trí 2 van gió và đầu dò khói với độ
nhạy là 3,28 (%/m).
Kết quả mô phỏng so sánh trong 2 phương án:
- Phương án 1: chỉ có đầu dò khói kích hoạt đầu tiên được mở van gió ở
tầng đó, các đầu đò tiếp theo không kích hoạt mở van gió tiếp theo.
- Phương án 2: các đầu dò khói đều có thể kích hoạt để mở van gió ở các
tầng.
Hình ảnh dịch chuyển của khói theo các phương án được thể hiện trên
các hình 2.10a,b. Hình ảnh thay đổi nồng độ khí CO2 thể hiện trên hình
2.10c,d. Đồ thị biến đổi nồng độ khí CO2 theo thời gian thể hiện trên hình
2.11 a,b.
Kết quả mô phỏng cho thấy:
- Với phương án 1 : đầu dò khói ở tầng 1 kích hoạt làm mở van gió ở
hành lang tầng 1, van gió ở các tầng khác không mở ngay cả khi có khói lan
đến. Khi đó khói chủ yếu tập trung ở tầng 1 và được hút ra ngoài bởi quạt hút
và hệ thống đường ống. Một lượng khói vẫn đi lên tầng phía trên nhưng
không nhiều. Nồng độ CO2 ở giữa hành lang tầng 2 tại thời điểm 90s vào
khoảng 0,7% theo thể tích.
- Với phương án 2: đầu dò khói ở các tầng đều có khả năng kích hoạt để
mở van gió ở các tầng khi nồng độ khói đạt ngưỡng kích hoạt. Khi đó các van
gió ở tầng 2 sẽ mở sau tầng 1 khoảng 20s làm cho khói từ tầng 1 bị hút lên
tầng 2. Sau đó khoảng 30s van gió tầng 3 tiếp tục mở và khói lại bị hút tiếp
một phần lên tầng 3. Nồng độ CO2 ở hành lang tầng 2 tại thời điểm 90s tăng
lên 1,5% và có xu hướng tăng tiếp.

62. 53
Qua kết quả mô phỏng cho thấy rằng khi xảy ra cháy ở một tầng nào đó
chỉ nên mở van hút khói ở hành lang tầng đó. Nếu tiếp tục mở van hút khói ở
các tầng tiếp theo có thể làm cho khói bị hút đến tầng đó và có thể gây thêm
nguy hiểm. Khí CO2 thường đi kèm với khói, nếu nồng độ lên đến 5% có thể
gây nguy hiểm cho con người [45]. Chính vì lý do đó mà chỉ nên để FSCS
làm việc ở chế độ tự động với một tín hiệu kích hoạt đầu tiên. Trong trường
hợp đám cháy diễn biến phức tạp thì cần phải chuyển FSCS sang chế độ điều
khiển bằng tay và việc điều khiển lúc này phải do người có trách nhiệm quyết
định.
a) Khói tại thời điểm t = 60s
(Phương án 1)
b) Khói tại thời điểm t = 60s
(Phương án 2)
c) Nồng độ CO2 tại t = 60s
(Phương án 1)
d) Nồng độ CO2 tại t = 60s
(Phương án 2)
Hình 2.10. Kết quả mô phỏng hoạt động hút khói hành lang

63. 54
2.3.6. Mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống điều áp cầu thang.
Mô hình mô phỏng cho hệ thống điều áp cầu thang trong chế độ động
của tòa nhà chung cư và dịch vụ thương mại số 3 Nguyễn Huy Tưởng. Hệ
thống điều áp cầu thang có các bộ phận chính như sau:
Hình 2.11. Đồ thị biến đổi nồng độ CO2 tại tầng 1 và 2 theo thời gian
b) Phương án 2
a) Phương án 1