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

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 
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 
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 
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 
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 
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 
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 
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 
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 
 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 
 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. 
 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. 
 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 
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. ...  điều khiển 
theo phương pháp trên thì độ chênh áp giữa tầng trên cùng và tầng dưới cùng 
được giảm đáng kể. 
 a) Kết quả mô phỏng tại thời điểm 4,51s 
102 
b) Kết quả mô phỏng tại thời điểm 15,12s 
c) Đồ thị biến thiên áp suất dư theo thời gian 
Hình 3.28. Kết quả mô phỏng hoạt động điều khiển độ chênh áp 
103 
Nhận xét 
 - Hệ thống giám sát và điều khiển tự động cần phải có FSCS hoạt động 
theo thuật toán phù hợp để có thể điều khiển một cách linh hoạt theo các diễn 
biễn thực tế khi có cháy. 
 - Áp dụng phương pháp SIMC của Skogestad cùng với kết quả mô 
phỏng đã xây dựng được mô hình mẫu cho đối tượng điều khiển và thiết kế 
bộ điều khiển PID để điều khiển hệ thống điều áp cầu thang. Trên cơ sở đó 
xây dựng mô hình mẫu cho hệ thống điều khiển thích nghi. 
 - Hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu giúp duy trì áp suất 
dư trung bình trong buồng thang. Trong đó bộ chỉnh định thích nghi được 
thiết kế trên cơ sở lý thuyết ổn định Lyapunov, giúp đảm bảo sự hoạt động ổn 
định của hệ thống khi các thông số thay đổi và hạn chế sự biến động mạnh 
của áp suất dư khi có tác động nhiễu. Đây là nhiệm vụ đặc biệt quan trọng 
trong hệ thống điều khiển khói. 
 - Việc hạn chế độ chênh áp giữa các tầng trong cầu thang thoát hiểm 
được thực hiện bằng cách đóng/mở các van gió. Nhờ đó duy trì được áp suất 
dư tại các vùng trong buồng thang nằm trong giới hạn cho phép 
104 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
I. Kết luận 
 Việc nghiên cứu và đưa ra các giải pháp để nâng cao chất lượng của các 
hệ thống điều khiển khói có ý nghĩa quan trọng, góp phần đảm bảo an toàn 
cho con người khi xảy ra cháy trong các tòa nhà cao tầng. Quá trình nghiên 
cứu đề tài đã đạt được các kết quả: 
 - Sử dụng phương pháp mô hình hóa, mô phỏng để phân tích và đánh giá 
chất lượng của hệ thống điều khiển khói. Các kết quả mô phỏng cũng giúp 
nhận dạng hệ thống điều khiển để xây dựng mô hình điều khiển. 
 - Ứng dụng kỹ thuật truyền thông theo mạng để giám sát và điều khiển 
các đối tượng trong hệ thống điều khiển khói. Xây dựng thuật toán điều khiển 
cho trạm điều khiển khói để điều khiển hệ thống một cách linh hoạt trong các 
tình huống khác nhau. 
 - Ứng dụng phương pháp điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu để 
nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống điều áp cầu thang. Việc điều 
khiển ổn định áp suất dư trung bình kết hợp với điều khiển đóng/mở các van 
gió giúp giữ ổn định được áp suất dư trong các khu vực của buồng thang thoát 
hiểm. 
II. Kiến nghị 
 - Cần nghiên cứu các tiêu chuẩn về điều khiển khói ở trong và ngoài 
nước để hoàn thiện tiêu chuẩn theo xu hướng hiện đại và phù hợp với điều 
kiện Việt Nam. 
 - Ứng dụng kỹ thuật mô hình hóa, mô phỏng trong công tác thiết kế, 
thẩm định và đánh giá chất lượng cho hệ thống điều khiển khói. 
 - Tiếp tục nghiên cứu để có thể áp dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại 
để giám sát và điều khiển cho hệ thống điều khiển khói. 
 105 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ 
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 
1. Nguyễn Quang An (2015), “Ứng dụng phương pháp LES để mô phỏng cho 
các đám cháy”, Tạp chí Khoa học và công nghệ (ĐH Đà Nẵng), số 9(94) 
2015, trang 74-77. 
2. Nguyễn Quang An (2015), “Ứng dụng phần mềm CONTAM để phân tích 
thiết kế hệ thống tạo áp cầu thang”, Tạp chỉ Phòng cháy chữa cháy, số 74 - 
tháng 9/2015 trang 31-32. 
3. Nguyễn Quang An, Nguyễn Chí Tình (2016), “Phân tích sự thay đổi các 
thông số của hệ thống tạo áp cầu thang bằng phần mềm CONTAM”, Tạp 
chí Khoa học công nghệ xây dựng (ĐH xây dựng), số 27 – tháng 01/2016, 
trang 113-118. 
4. Nguyễn Quang An, Nguyễn Chí Tình (2016), “Đánh giá hệ thống hút khói 
hành lang bằng phần mềm FDS”, Tạp chí Khoa học và công nghệ (ĐH Đà 
Nẵng), số 3(100) 2016, trang 5-8. 
5. Nguyễn Quang An (2016), “Ứng dụng phần mềm FDS để mô phỏng cho 
đám cháy và hoạt động của các thiết bị báo cháy, chữa cháy”, Tạp chí 
Phòng cháy chữa cháy, số 80 - tháng 3/2016, trang 30-34. 
 106 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Tiếng Việt 
1. Phan Nguyên Di (2001), Cơ học môi trường liên tục, NXB QĐND, Hà 
Nội. 
2. Nguyễn Thị Phương Hà (2005), Lý thuyết điều khiển hiện đại, NXB Đại 
học quốc gia TPHCM. 
3. Hoàng Minh Sơn (2001), Mạng truyền thông công nghiệp, NXB KHKT, 
Hà Nội. 
4. Hoàng Minh Sơn (2009), Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, NXB Bách 
khoa Hà Nội. 
5. Nguyễn Trọng Thuần (2000), Điều khiển Logic và ứng dụng, NXB KHKT 
2000, Hà Nội. 
6. Phạm Thị Trang (2005), Dáng điệu tiệm cận nghiệm của một số hệ phương 
trình dạng Navier-Stokes, Luận án tiên sĩ toán học, Trường đại học sư 
phạm Hà Nội, Hà Nội. 
7. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung (2006), Lý 
thuyết điều khiển phi tuyến, Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội. 
8. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (2005), Nhận dạng hệ thống điều 
khiển, Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội. 
9. Nguyễn Doãn Phước (2009), Lý thuyết điều khiển nâng cao, Nhà xuất bản 
KHKT, Hà Nội. 
10. Nguyễn Doãn Phước (2009), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất 
bản KHKT, Hà Nội. 
11. Nguyễn Doãn Phước (2012), Phân tích và điều khiển hệ phi tuyến, Nhà 
xuất bản Bách khoa. Hà Nội. 
12. Ngô Văn Xiêm, Trịnh Thế Dũng (2002), Giáo trình phòng cháy trong 
xây dựng, Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội. 
 107 
13. QCVN 06:2010 (2010), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy 
cho nhà và công trình. 
14. TCVN 6160-1996 (1996), Phòng cháy chữa cháy nhà cao tầng, yêu cầu 
thiết kế. 
15. TCVN 6161-1996 (1996), Phòng cháy chữa cháy chợ và trung tâm 
thương mại, yêu cầu thiết kế. 
Tiếng Anh 
16. A. K. Pal and R. K. Mudi (2008), “Self-Tuning Fuzzy PI Controller and 
its Application to HVAC Systems”, International journal of 
computational cognition, vol 6, no 1, pp 25-30. 
17. Anders Lönnermark (2005), On the Characteristics of Fires in Tunnels, 
Thesis PhD, Department of Fire Safety Engineering Lund Institute of 
Technology Lund University. 
18. ASHRAE Handbook (2007), HVAC Applications (SI) 
19. Abhishek Garg and Arun Tomar (2015), “Starting Time Calculation for 
Induction Motor”, Journal of Engineering Research and Applications, 
Vol. 5, Issue 5, pp 56-60. 
20. B. Hepguzel (2014), “Numerical and Experimental Investigation of 
Pressurization System in a High-Rise Building with Stairwell 
Compartmentation”, The 2nd Asia Conference of International Building 
Performance Simulation Association, pp 99 – 106. 
21. Bruno Dutertre (2006), Formal Modeling and Analysis of the Modbus 
Protocol, SRI International, October 11. 
22. BS 5588-4 (1998), Fire precautions in the design, construction and use of 
buildings, British Standards Institution. 
23. BS EN 12101-6 (2005), Smoke and heat control systems, BSI. 
24. C. Bellido, A. Quiroz, A. Panizo, J.L. Torero (2009), “Performance 
 108 
Assessment of Pressurized Stairs in High Rise Buildings”, Fire 
Technology 45 (2), pp 189-200. 
25. C. Hirose, A. Hagishima, N. Ikegaya, and J. Tanimoto (2014), “Large-
Eddy Simulation for Turbulent Nature of Flow and Pressure Fields over 
Urban Building Arrays”, The 2nd Asia Conference of International 
Building Performance Simulation Association, pp778-785 
26. Chung-Hwei SU, Hong-Sheng HUANG, Chun-Chou LIN, Ching-Yuan 
LIN (2014), “Numerical Simulation of The Impact of Natural Ventilation 
on Fire Safety in Green Buildings”, The 2nd Asia Conference of 
International Building Performance Simulation Association, pp 564-572. 
27. Daniel Madrzykowski, Robert L. Vettori (1999), Simulation of the 
Dynamics of the Fire at 3146 Cherry Road NE, Washington D.C, NISTIR 
6510. 
28. Dennis R. Qadri, Jacob G. I. Eriksen, Mugisa Y. Kano, Michael Bjerre, 
Thomas Ullum (2012), Temperature and pressure control using PI control 
theory, Aalborg Universitet Esbjerg. 
29. Gabor Jakaboczki, Eva Adamko (2015), Vulnerabilities of Modbus RTU 
protocol – A case study, Annals of the Oradea University. 
30. Georges Guigay (2008), A CFD and experimental investigation of under-
ventilated compartment fires, Thesis PhD, School of Engineering and 
Natural Sciences University of Iceland Reykjavik. 
31. George N. Walton, W.Stuart Dols (2013), CONTAM user guide and 
program documentation, NIST. 
32. George T. Tamura (1974), “Experimental Studies on Pressurized Escape 
Routes”, ASHRAE Journal Vol. 80, Part 2, pp. 224 – 237. 
33. Greenheck Fan Corporation (2014), Life Safety Dampers Selection and 
Application Manual, Copyright © 2014. 
 109 
34. H.Merz, T.Hansemann, C.Hübner (2009), Building Automation 
Communication Systems with EIB/KNX, LON and BACnet, Springer-
Verlag Berlin Heidelberg. 
35. Honeywell Inc (1998), Smoke Management Fundamentals, US. 
36. J.A. Wild, C.Eng, F.I.Mech.E (1998), Smoke control by pressurisation, 
Fläkt Woods Limted England. 
37. John H. Klote, James A. Milke, Paul G. Turnbull, Ahmed Kashef, 
Michael J. Ferreira (2012), Handbook of Smoke Control Engineering, 
Ashrae. 
38. John H. Klote, James A. Milke (2002), Principle of Smoke Management, 
Ashrae. 
39. J. Fröhlich, W. Rodi (2002), Introduction to Large eddy simulation, 
University of Karlsruhe, Germany. 
40. Jung-Yup Kim, Hyun-Joon Shin, Chan-Sol Ahn, Ji-Seok Kim, Sang-Hyun 
Joo (2014), “Development of the Separate Air-Supply Type of 
Pressurization Smoke Control System for the Stairwells of High-Rise 
Buildings in Korea”, Open Journal of Fluid Dynamics, vol.4, pp251-262. 
41. Karl Johan Astrom, Bjorn Wittenmark (1995), Adaptive Control, Second 
Edition , Department of Automatic Control Lund Institute of Technology, 
Sweden 
42. Kevin McGrattan, Simo Hostikka, Randall McDermott, Jason Floyd, 
Craig Weinschenk, Kristopher Overholt (2014), Fire Dynamics Simulator 
Technical Reference Guide, National Institute of Standards and 
Technology, US. 
43. Kevin McGrattan, Simo Hostikka, Randall McDermott, Jason Floyd, 
Craig Weinschenk, Kristopher Overholt (2014), Fire Dynamics Simulator 
User’s Guide. National Institute of Standards and Technology, US. 
 110 
44. Liu Fang, Peter V. Nielsen, Henrik Brohus (2007), Investigation on Smoke 
Movement and Smoke Control for Atrium in Green and Sustainable 
Buildings, DCE Technical Report No32, Aalborg University Department 
of Civil Engineering. Denmark. 
45. Mary C.Devany (2015), Cacbon Dioxit (CO2) Safety Program, Renewable 
Fuels Association, US. 
46. MODICON Inc (1996), Modicon Modbus Protocol Reference Guide. 
47. Morgan J. Hurley (2016), SFPE Handbook of Fire Protection 
Engineering, ISBN 978-1-4939-2564-3, Springer. 
48. Mohammad Hassan Khooban, Mohammad Reza Soltanpour, Davood 
Nazari Maryam Abadi, Zahra Esfahani (2012), “Optimal Intelligent 
Control for HVAC Systems”, Journal of Power Technologies 92 (3) ,pp 
192–200 
49. Mohammad Hassan Khooban, Davood Nazari, Maryam Abadi, Alireza 
Alfi, Mehdi Siahi (2014), “Optimal Type-2 Fuzzy Controller For HVAC 
Systems”, Online ISSN 1848-3380, Print ISSN 0005-1144, AUTOMATIKA 
55 (1), pp 69-78 
50. Muhammad H. Rashid (2011), Power Electronics Handbook (Third 
Edition), Elsevier, USA. 
51. N. Cai, W.K. Chow (2011), “Fire safety requirements on lift system for 
evacuation in supertall buildings”, International Journal on Engineering 
Performance-Based Fire Codes 2011, Volume 10, Number 2, pp 17-23. 
52. NFPA 92A (2006), Standard for Smoke­Control Systems Utilizing 
Barriers and Pressure Differences, 2006 edition. 
53. NFPA 92B (2005), Standard for Smoke Management Systems in Malls, 
Atria, and Large Spaces, 2005 edition. 
 111 
54. Wen Lin (2010), Large-Eddy Simulation of Premixed Turbulent 
Combustion Using Flame Surface Density Approach, Thesis PhD, 
University of Toronto. 
55. Stephen Kerber, William D. Walton (2005), Effect of Positive Pressure 
Ventilation on a Room Fire, NISTIR 7213. 
56. Sergei G. Chumakov (2005), Subgrid Models for Large-Eddy Simulation, 
Thesis PhD, University of Wisconsin-Madison, US. 
57. Sigurd Skogestad (2004), “Simple analytic rules for model reduction and 
PID controller tuning”, J. Process Control 13, pp. 291–309. 
58. Sigurd Skogestad, Chriss Grimholt (2011) The SIMC method for smooth 
PID controller tuning, Springer. 
59. Tae Jin Park, Won Seok Song, and Seung Ho Hong (2007), “Experimental 
Performance Evaluation of BACnet MS/TP Protocol”, International 
Journal of Control, Automation, and Systems, vol. 5, no. 5, pp. 584-593. 
60. Toshio Kobayashi (2006), “Large Eddy simulation for engineering 
applications”, Fluid Dynamics Research, Volume 38, University of Tokyo, 
pp 84-107. 
61. Wen Lin (2010), Large-Eddy Simulation of Premixed Turbulent 
Combustion Using Flame Surface Density Approach, Thesis PhD, 
University of Toronto. 
62. Y. Ikeda, A. Hagishima, N. Ikegaya, and J. Tanimoto (2014), “Large-
Eddy Simulation On The Gust Probability In Urban Pedestrian Spaces”, 
The 2nd Asia Conference of International Building Performance 
Simulation Association. pp 276-283. 
63. Yinglan Fang, Xianfeng Han and Bing Han (2013), “Research and 
Implementation of Collision Detection Based on Modbus Protocol”, 
Journal of Engineering Science and Technology Review 6 (1) pp 91-96. 
 112 
PHẦN PHỤ LỤC 
Phụ lục 1. Các kết quả mô phỏng hệ thống điều áp cầu thang 
 c) Nhiệt độ 180C, khe hở 0,02 m2 d) Nhiệt độ 180C, khe hở 0,025 m2 
a) Nhiệt độ 120C, khe hở 0,02 m2 b) Nhiệt độ 120C, khe hở 0,025 m2 
 113 
Hình 1PL1. Kết quả mô phỏng hệ thống điều áp cầu thang khi các cửa đều đóng 
g) Nhiệt độ 380C, khe hở 0,02 m2 h) Nhiệt độ 380C, khe hở 0,025 m2 
e) Nhiệt độ 280C, khe hở 0,02 m2 f) Nhiệt độ 280C, khe hở 0,025 m2 
 114 
d) Nhiệt độ 180C, khe hở 0,025 m2 c) Nhiệt độ 180C, khe hở 0,02 m2 
a) Nhiệt độ 120C, khe hở 0,02 m2 b) Nhiệt độ 120C, khe hở 0,025 m2 
 115 
e) Nhiệt độ 280C, khe hở 0,02 m2 f) Nhiệt độ 280C, khe hở 0,025 m2 
Hình 2PL1. Kết quả mô phỏng hệ thống điều áp cầu thang khi mở cửa tầng 1 
g) Nhiệt độ 380C, khe hở 0,02 m2 h) Nhiệt độ 380C, khe hở 0,025 m2 
 116 
a) Lưu lượng gió 4,8 m3/s và nhiệt độ 250C 
b) Nhà 25 tầng, lưu lượng gió 5 m3/s, nhiệt độ 180C 
Hình 3PL1. Kết quả mô phỏng hệ thống điều áp cầu thang 
bằng phần mềm FDS khi thay đổi các thông số 
c) Nhà 25 tầng, lưu lượng gió 5 m3/s, nhiệt độ 250C 
 117 
Phụ lục 2. Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển điều áp cầu thang khi thay 
đổi các thông số 
b) Khe hở 0,02 m2,  = 2s, 0 = 6,3 s 
a) Khe hở 0,03 m2,  = 2s, 0 = 6,3 s 
c) Khe hở 0,01 m2,  = 2s, 0 = 6,3 s 
 118 
Hình 1PL2. Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển điều áp cầu thang 
bằng Sumulink khi không có mạch vòng thích nghi. 
d) Khe hở 0,01 m2,  = 1s, 0 = 5 s 
e) Khe hở 0,02 m2,  = 2s, 0 = 5 s 
f) Khe hở 0,01 m2,  = 2s, 0 = 5 s 
 119 
a) Khe hở 0,03 m2,  = 2s, 0 = 6,3 s 
b) Khe hở 0,02 m2,  = 2s, 0 = 6,3 s 
c) Khe hở 0,01 m2,  = 2s, 0 = 6,3 s 
 120 
Hình 2PL2. Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển điều áp cầu thang 
bằng Sumulink khi có mạch vòng thích nghi. 
d) Khe hở 0,01 m2,  = 1s, 0 = 5 s 
e) Khe hở 0,02 m2,  = 2s, 0 = 5 s 
f) Khe hở 0,01 m2,  = 2s, 0 = 5 s