Control

Mở đầu

Trong ngành công nghiệp HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning), các hệ thống chiller đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước lạnh để làm mát cho các tòa nhà và cơ sở hạ tầng lớn. Các hệ thống này thường phải đối mặt với tải nhiệt biến thiên, yêu cầu một hệ thống điều khiển hiệu quả để đảm bảo hiệu suất tối ưu và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng.

Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh hiện nay, khi chi phí năng lượng và yêu cầu về môi trường ngày càng cao. Hệ thống chiller thường hoạt động cùng với các thiết bị như Air Handling Units (AHU) và Fan Coil Units (FCU) để phân phối không khí mát đến các không gian trong tòa nhà.

Bài viết này sẽ thảo luận chi tiết về các phương thức điều khiển khác nhau được áp dụng cho từng loại hệ thống chiller, các tín hiệu từ các thiết bị sử dụng như FCU, AHU và vai trò của từng loại tín hiệu trong hệ thống.

1. Các loại hệ thống chiller

1.1 Single Chiller System

Trong các ứng dụng nhỏ hoặc yêu cầu tải nhiệt ít biến động, hệ thống chiller đơn lẻ thường là lựa chọn phù hợp nhất. Hệ thống này đơn giản hơn và dễ kiểm soát. Điều khiển chủ yếu tập trung vào duy trì nhiệt độ nước lạnh rời khỏi chiller. Để thực hiện điều này, hệ thống sử dụng các tín hiệu như nhiệt độ nước đầu vào và đầu ra, tốc độ máy nén, và trạng thái hoạt động của bơm.

• Chilled Water Supply Temperature: Giúp điều khiển nhiệt độ nước đầu ra từ chiller để đáp ứng yêu cầu làm mát.
• Chilled Water Return Temperature: Đánh giá hiệu quả trao đổi nhiệt giữa chiller và tải.
• Chiller Operating Status: Tín hiệu này giúp kiểm tra trạng thái hoạt động của máy nén để đảm bảo hệ thống không gặp trục trặc.

1.2 Multiple Chiller System

Multiple Chiller System được sử dụng trong các tòa nhà lớn hoặc cơ sở hạ tầng có tải nhiệt lớn và biến đổi thường xuyên. Hệ thống này cho phép điều phối nhiều chiller hoạt động cùng lúc để tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Điều khiển trong hệ thống này phức tạp hơn, thường bao gồm điều khiển tuần tự bật/tắt chiller (sequencing control), điều khiển bơm và tháp giải nhiệt.

• Chilled Water Supply and Return Temperature: Tín hiệu này giúp điều khiển khi nào cần khởi động hoặc dừng chiller để tối ưu hóa tải.
• Load Signal: Đo lường tải làm mát hiện tại và phân bổ tải cho các chiller một cách hợp lý.
• Chiller Status Signal: Tín hiệu này giúp xác định chiller nào đang hoạt động, từ đó điều chỉnh trình tự vận hành.
• Pump and Cooling Tower Control: Điều khiển tốc độ bơm và quạt tháp giải nhiệt để duy trì lưu lượng và áp suất cần thiết.

1.3 Series Chiller System

Series Chiller System thường được áp dụng trong các ứng dụng công nghiệp hoặc các hệ thống lớn với nhiệt độ đầu ra và đầu vào có sự chênh lệch lớn. Các chiller trong hệ thống này hoạt động theo chuỗi, giúp giảm tải nhiệt và tối ưu hóa việc truyền nhiệt.

• ΔT (Differential Temperature): Đo sự chênh lệch nhiệt độ giữa nước vào và nước ra từ các chiller để đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống.
• Load Sharing Signals: Tín hiệu này điều chỉnh tải giữa các chiller để phân phối nhiệt độ và tải làm mát một cách hợp lý.

1.4 Variable Speed Drive Chillers (VSD Chillers)

Biến tần (Variable Speed Drive - VSD) là một trong những công nghệ tiên tiến được áp dụng trong hệ thống chiller hiện đại. Chiller sử dụng VSD cho phép điều chỉnh tốc độ máy nén theo nhu cầu làm mát, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn ở các mức tải biến động.

• Variable Frequency Signal: Tín hiệu này điều khiển tốc độ của máy nén và bơm dựa trên tải và nhiệt độ.
• Compressor Speed Signal: Điều chỉnh tốc độ máy nén để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của chiller.
• Energy Usage Monitoring: Tín hiệu giám sát mức tiêu thụ năng lượng giúp đảm bảo hệ thống hoạt động ở hiệu suất cao nhất.

2. Các phương thức điều khiển trong hệ thống chiller

2.1 Proportional-Integral-Derivative Control (PID Control)

PID Control là phương pháp điều khiển cơ bản và phổ biến nhất trong hệ thống chiller. Phương pháp này điều chỉnh các thông số vận hành của hệ thống dựa trên sự chênh lệch giữa giá trị đo được và giá trị mong muốn (setpoint). Các tín hiệu quan trọng của PID Control bao gồm:

• Analog Input: Tín hiệu từ các cảm biến đo nhiệt độ, áp suất, và lưu lượng.
• Analog Output: Tín hiệu điều khiển cho các thiết bị như máy nén, van điều khiển, bơm.
• Setpoint Adjustment: Giá trị mong muốn của hệ thống, có thể được điều chỉnh tự động hoặc thủ công dựa trên nhu cầu tải.

2.2 Sequencing Control

Sequencing Control là phương pháp điều khiển được sử dụng trong các hệ thống multiple chiller. Phương pháp này cho phép kiểm soát thứ tự bật/tắt của các chiller dựa trên tải làm mát. Khi tải thấp, chỉ một chiller hoạt động, và khi tải tăng, các chiller khác sẽ được khởi động thêm.

2.3 Variable Speed Drive Control

VSD Control điều chỉnh tốc độ của máy nén và bơm dựa trên các tín hiệu từ cảm biến tải. Điều này giúp hệ thống hoạt động linh hoạt hơn, tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

• Variable Frequency Signal: Điều khiển tốc độ của máy nén và bơm theo yêu cầu tải thực tế.
• Energy Monitoring: Giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng thông qua giám sát và điều chỉnh tốc độ thiết bị.

3. Tín hiệu điều khiển từ các thiết bị sử dụng (AHU, FCU)

3.1 Air Handling Units (AHU)

AHU là một hệ thống lớn hơn được sử dụng để xử lý không khí trong các không gian lớn, như tòa nhà văn phòng, bệnh viện, hoặc nhà máy công nghiệp. Các tín hiệu điều khiển từ AHU giúp điều chỉnh các thành phần của hệ thống như bơm, van, và quạt.

• Temperature Sensors: Đo nhiệt độ không khí cung cấp và không khí hồi để kiểm soát quá trình trao đổi nhiệt.
• Fan Speed Control: Điều khiển tốc độ quạt của AHU dựa trên tải nhiệt của không gian điều hòa.
• Damper Position Signal: Điều khiển van gió để điều chỉnh lưu lượng không khí vào/ra trong các khu vực khác nhau của tòa nhà.

3.2 Fan Coil Units (FCU)

FCU thường nhỏ hơn AHU và được sử dụng cho các khu vực cụ thể hoặc các phòng nhỏ hơn. FCU điều khiển việc cung cấp không khí mát qua các quạt và van điều khiển lưu lượng nước lạnh.

• Thermostat Control: Điều chỉnh nhiệt độ phòng dựa trên nhiệt độ cài đặt và nhiệt độ đo được.
• Fan Speed Control: Điều chỉnh tốc độ quạt trong FCU để đáp ứng yêu cầu làm mát của khu vực.
• Valve Control: Kiểm soát van nước lạnh để điều chỉnh lượng nước đi qua cuộn dây làm mát.

4. Vai trò của tín hiệu điều khiển

Tín hiệu điều khiển đóng vai trò quyết định trong việc tối ưu hóa vận hành hệ thống chiller và các thiết bị sử dụng như AHU và FCU. Các tín hiệu giúp đảm bảo hệ thống hoạt động theo cách tiết kiệm năng lượng nhất, đồng thời đáp ứng yêu cầu tải và duy trì môi trường trong nhà thoải mái. Một số tín hiệu quan trọng bao gồm:

• Temperature and Humidity Sensors: Giúp kiểm soát môi trường không khí trong nhà bằng cách duy trì mức nhiệt độ và độ ẩm mong muốn.
• Pressure Sensors: Đo áp suất trong hệ thống nước và không khí để duy trì lưu lượng và áp suất phù hợp.
• Flow Sensors: Đảm bảo rằng lượng nước và không khí lưu thông trong hệ thống đạt yêu cầu để đáp ứng nhu cầu điều hòa trong các không gian được phục vụ. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn giảm thiểu năng lượng tiêu thụ.

5. Các thành phần khác trong hệ thống điều khiển chiller

5.1 Cooling Tower (Tháp giải nhiệt)

Cooling Tower giúp loại bỏ nhiệt thừa từ nước ngưng tụ trong quá trình làm mát. Điều khiển tháp giải nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ ngưng tụ thấp, giúp tăng hiệu suất của chiller.

• Fan Speed Control: Tốc độ quạt tháp giải nhiệt được điều chỉnh dựa trên nhiệt độ nước ngưng tụ. Khi nhiệt độ nước quá cao, quạt sẽ tăng tốc để tăng khả năng giải nhiệt.
• Water Temperature Sensors: Cảm biến nhiệt độ nước đầu vào và đầu ra của tháp giải nhiệt giúp điều chỉnh hoạt động của quạt và van nước để tối ưu hóa quá trình giải nhiệt.

5.2 Pumps (Bơm nước)

Bơm nước trong hệ thống chiller có vai trò đảm bảo nước lạnh và nước ngưng tụ được tuần hoàn liên tục qua các thiết bị và chiller. Các bơm này thường được điều khiển bằng Variable Speed Drives (VSD) để tiết kiệm năng lượng và giảm hao mòn.

• Flow Rate Sensors: Cảm biến lưu lượng nước giúp đảm bảo hệ thống luôn hoạt động ở mức lưu lượng tối ưu.
• Pump Speed Control: Tín hiệu điều khiển tốc độ bơm giúp duy trì áp suất và lưu lượng nước phù hợp với tải của hệ thống.

5.3 Valves (Van điều khiển)

Van điều khiển có vai trò kiểm soát lưu lượng nước và không khí qua các thành phần của hệ thống HVAC, bao gồm van nước lạnh và van nước ngưng tụ.

• Valve Position Sensors: Cảm biến vị trí van giúp theo dõi và điều chỉnh mức mở van, đảm bảo lưu lượng tối ưu qua các cuộn dây làm lạnh (coil) trong AHU và FCU.
• Pressure Difference Control: Điều khiển sự chênh lệch áp suất qua các van nước giúp điều chỉnh lưu lượng nước chảy qua hệ thống một cách chính xác.

6. Ứng dụng thực tế của các phương thức điều khiển

6.1 Tối ưu hóa năng lượng

Một trong những mục tiêu chính của hệ thống điều khiển chiller là tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng. Thông qua các tín hiệu điều khiển chính xác từ cảm biến nhiệt độ, áp suất, và lưu lượng, hệ thống có thể duy trì hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất. Ví dụ, việc điều chỉnh tốc độ máy nén và bơm thông qua VSD giúp giảm tiêu thụ năng lượng khi nhu cầu làm mát thấp.

• Energy Usage Monitoring: Giám sát và điều chỉnh mức tiêu thụ năng lượng dựa trên tín hiệu từ các cảm biến, giúp hệ thống hoạt động với mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu mà vẫn đảm bảo hiệu quả làm mát.

6.2 Điều khiển linh hoạt

Phương thức điều khiển sequencing control và load sharing cho phép hệ thống multiple chiller hoạt động linh hoạt hơn, đảm bảo rằng các chiller được khai thác một cách tối ưu. Khi tải làm mát tăng hoặc giảm, hệ thống sẽ tự động bật hoặc tắt các chiller dựa trên tín hiệu tải nhiệt và trạng thái hoạt động.

• Load Sharing Control: Phân phối tải giữa các chiller một cách cân bằng giúp giảm hao mòn và kéo dài tuổi thọ hệ thống.

6.3 Bảo trì và giám sát hệ thống

Hệ thống điều khiển chiller không chỉ giúp tối ưu hóa vận hành mà còn cung cấp các tín hiệu giám sát quan trọng để phát hiện sự cố và lên kế hoạch bảo trì định kỳ. Các tín hiệu như trạng thái hoạt động của chiller, quạt tháp giải nhiệt, và bơm nước giúp nhân viên kỹ thuật theo dõi tình trạng thiết bị và phát hiện kịp thời các lỗi.

• Fault Detection Signals: Tín hiệu giám sát giúp phát hiện các vấn đề như quá tải, áp suất cao, hoặc sự cố trong hệ thống, từ đó đưa ra cảnh báo và ngừng hoạt động hệ thống để bảo vệ thiết bị.

7. Ví dụ: Điều chỉnh nhiệt độ trong một giảng đường lớn

Giả sử bạn cần thay đổi nhiệt độ trong một giảng đường lớn sử dụng hệ thống HVAC có chiller, Air Handling Unit (AHU), và Fan Coil Unit (FCU). Khi yêu cầu thay đổi nhiệt độ (setpoint) được gửi từ bảng điều khiển hoặc hệ thống Building Management System (BMS), hệ thống sẽ phản ứng thông qua chuỗi tín hiệu điều khiển phức tạp, liên quan đến các thành phần chính trong hệ thống.

1. Bước đầu tiên: Tín hiệu thay đổi setpoint

Người dùng hoặc hệ thống BMS thay đổi nhiệt độ setpoint từ mức hiện tại (giả sử là 24°C) xuống mức mong muốn mới (giả sử là 22°C).

• Tín hiệu liên quan: Setpoint temperature signal (tín hiệu nhiệt độ mong muốn) sẽ thay đổi và gửi đến bộ điều khiển trung tâm.

2. Xử lý tại AHU

Khi nhiệt độ setpoint thay đổi, hệ thống điều khiển PID trong AHU sẽ nhận tín hiệu từ bộ điều khiển trung tâm.

• Temperature Sensor Signal: Cảm biến nhiệt độ không khí cung cấp trong AHU đo nhiệt độ không khí hiện tại trong hệ thống.
• Air Flow Control: Nếu không khí hiện tại đang có nhiệt độ cao hơn setpoint, bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu để tăng tốc độ quạt của AHU nhằm cung cấp thêm không khí lạnh vào giảng đường.
• Valve Control: Nếu nhiệt độ không khí từ AHU vẫn không giảm đủ, tín hiệu sẽ được gửi đến van nước lạnh để mở nhiều hơn, tăng lưu lượng nước lạnh qua cuộn dây làm lạnh.

3. Tương tác với hệ thống chiller

Khi van nước lạnh trong AHU mở nhiều hơn, lưu lượng nước lạnh tăng, làm cho tải của hệ thống chiller tăng.

• Flow Rate Signal: Cảm biến lưu lượng đo sự thay đổi lưu lượng nước lạnh và gửi tín hiệu này đến bộ điều khiển chiller.
• Chiller Load Signal: Khi tải của hệ thống chiller tăng lên, tín hiệu sẽ kích hoạt các máy nén trong chiller để tăng công suất làm lạnh.

4. Bơm và tháp giải nhiệt

• Pump Speed Control: Để đáp ứng nhu cầu tăng tải, bơm nước lạnh sẽ được điều khiển để tăng tốc độ.
• Pressure Differential Signal: Cảm biến áp suất giúp điều chỉnh tốc độ bơm, duy trì áp suất và lưu lượng nước lạnh phù hợp.
• Cooling Tower Control: Để duy trì nhiệt độ ngưng tụ, tháp giải nhiệt có thể tăng tốc độ quạt dựa trên tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước ngưng tụ.

5. Hoàn thiện vòng điều khiển

Khi nhiệt độ trong giảng đường dần đạt mức mong muốn (22°C), các tín hiệu điều khiển sẽ điều chỉnh lại để đảm bảo hệ thống không hoạt động quá mức.

• Tín hiệu giảm tải: Khi nhiệt độ trong giảng đường giảm xuống gần setpoint, tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ sẽ cho phép bộ điều khiển giảm tốc độ quạt, đóng bớt van nước lạnh, và giảm tải chiller.

6. Giám sát hệ thống

Toàn bộ quá trình thay đổi nhiệt độ được giám sát bởi hệ thống BMS hoặc bảng điều khiển trung tâm để đảm bảo các tín hiệu điều khiển được xử lý đúng cách và không gây ra sự cố nào.

Tóm tắt liên hệ các tín hiệu:

• Thay đổi setpoint → Bộ điều khiển nhận tín hiệu yêu cầu nhiệt độ mới.
• AHU nhận tín hiệu → Điều chỉnh tốc độ quạt, mở van nước lạnh nhiều hơn.
• Tín hiệu tới chiller → Tăng công suất làm lạnh thông qua máy nén và bơm nước lạnh.
• Tín hiệu tới tháp giải nhiệt → Điều chỉnh tốc độ quạt tháp giải nhiệt để tối ưu hóa nhiệt độ nước ngưng tụ.
• Điều chỉnh lại hệ thống → Khi đạt nhiệt độ mong muốn, hệ thống giảm công suất làm mát, quạt, và lưu lượng nước.

Back

Common HVAC Systems

ĐỊNH NGHĨA ACMV & HVAC

Các loại hệ thống ACMV thường gặp trong Building Services:

ACMV: "thường được hiểu" là hệ thống chỉ làm lạnh và thông gió.

HVAC: "thường được hiểu" là hệ thống có đầy đủ cả nóng-lạnh và thông gió.

Theo ý kiến cá nhân của mình, ACMV là cách gọi hệ thống chuyên dùng cho building services và chủ yếu để mang lại độ tiện nghi cho con người. HVAC thường là hệ thống dành cho công nghiệp.

PHÂN LOẠI HỆ THỐNG AC

Có nhiều cách phân loại các hệ thống AC khác nhau, dưới đây là 2 kiểu phân loại dễ thấy và dễ hiểu nhất:

Cooling Only System

Split System:

Là hệ thống ACMV thường thấy nhất, bao gồm dàn lạnh và dàn nóng tách rời. Dàn lạnh được lắp đặt trong nhà, còn dàn nóng được đặt ngoài trời. Môi chất lạnh sẽ lưu chuyển qua các ống đồng giữa hai dàn, trao đổi nhiệt trực tiếp với không khí:

• Dàn lạnh: Hút nhiệt từ không khí trong phòng và làm mát không khí đó trước khi thổi lại vào không gian. Không khí mát được thổi qua hệ thống quạt để phân phối đều trong phòng.
• Dàn nóng: Thải nhiệt ra ngoài trời, quá trình này giúp không khí nóng từ trong phòng được loại bỏ.

Ưu điểm:

• Dễ lắp đặt, chi phí lắp đặt thấp.
• Phù hợp cho các công trình dân dụng nhỏ như căn hộ, văn phòng nhỏ, nhà ở.

Nhược điểm:

• Giới hạn về công suất và khả năng làm mát không gian lớn.
• Mỗi không gian cần một dàn lạnh và dàn nóng riêng biệt, chiếm diện tích ngoài trời.

Packaged System:

Packaged System là hệ thống kết hợp cả dàn lạnh và dàn nóng vào cùng một thiết bị duy nhất. Hệ thống này thường được đặt bên ngoài tòa nhà, và không khí mát được dẫn vào trong qua các ống gió:

• Thiết kế gọn: Tất cả các bộ phận làm lạnh và giải nhiệt được đặt trong một vỏ bọc, thường được lắp đặt trên mái nhà hoặc ngoài trời.
• Môi chất lạnh: Sử dụng môi chất lạnh trao đổi nhiệt trực tiếp với không khí, tương tự như hệ thống Split System.

Ưu điểm:

• Tiết kiệm không gian trong nhà, tất cả thiết bị được đặt bên ngoài.
• Thích hợp cho các khu vực cần không gian lớn và việc lắp đặt ống gió dễ dàng.

Nhược điểm:

• Khó bảo trì và sửa chữa vì tất cả các bộ phận được tích hợp trong một thiết bị duy nhất.
• Chi phí lắp đặt và vận hành cao hơn so với Split System.

Central Cooling System (Hệ thống làm lạnh trung tâm):

Central Cooling System là hệ thống làm lạnh quy mô lớn hơn, phục vụ cho nhiều phòng hoặc khu vực cùng lúc. Dưới đây là hai loại hệ thống phổ biến:

Hệ thống VRF (Variable Refrigerant Flow):

Hệ thống VRF hoạt động tương tự như Split System, nhưng có thể kết nối nhiều dàn lạnh (Indoor Unit) với một dàn nóng (Outdoor Unit). Mỗi dàn lạnh trong hệ thống có thể điều chỉnh nhiệt độ riêng biệt.

Ưu điểm:

• Tiết kiệm năng lượng nhờ khả năng điều chỉnh công suất từng dàn lạnh phù hợp với tải nhiệt yêu cầu.
• Phù hợp cho các tòa nhà văn phòng, khách sạn, nơi cần điều chỉnh nhiệt độ riêng cho từng khu vực.

Nhược điểm:

• Chi phí lắp đặt cao hơn so với Split System.
• Yêu cầu kỹ thuật cao khi thiết kế và lắp đặt.

Hệ thống Water Chiller:

Water Chiller sử dụng môi chất lạnh trung gian là nước để hấp thụ nhiệt từ không khí trong không gian điều hòa. Nước sau khi được làm mát sẽ tuần hoàn qua các thiết bị trao đổi nhiệt (Fan Coil Unit, Air Handling Unit) để làm mát không khí trong phòng. Có hai loại hệ thống Water Chiller:

1. Water Cooled Chiller:

• Sử dụng tháp giải nhiệt để giúp giải nhiệt ở bình ngưng ra môi trường. Nước giải nhiệt từ tháp sẽ tuần hoàn qua bình ngưng để làm giảm nhiệt độ của môi chất lạnh.

Ưu điểm: Hiệu suất cao hơn khi cần làm lạnh quy mô lớn, đặc biệt trong điều kiện thời tiết nóng.

Nhược điểm: Chi phí lắp đặt và vận hành cao hơn, yêu cầu bảo trì thường xuyên.

2. Air Cooled Chiller:

• Sử dụng trực tiếp không khí để giải nhiệt bình ngưng. Không khí sẽ được thổi qua các bộ trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ của môi chất lạnh.

Ưu điểm: Không yêu cầu tháp giải nhiệt, phù hợp cho các khu vực có diện tích nhỏ.

Nhược điểm: Hiệu suất làm mát thấp hơn Water Cooled Chiller, đặc biệt trong điều kiện thời tiết nóng.

Heat Pump System

Heat Pump System là loại hệ thống có khả năng chuyển đổi giữa sưởi và làm lạnh. Dưới đây là một số loại hệ thống Heat Pump:

ASHP (Air Source Heat Pump):

Là hệ thống tương tự như Cooling Only Split System nhưng có khả năng vừa làm lạnh vừa sưởi nhờ các van điều khiển đặc biệt để thay đổi chiều chảy của môi chất lạnh.

Ưu điểm:

• Chi phí lắp đặt thấp hơn so với các loại Heat Pump khác.
• Không cần cơ sở hạ tầng phức tạp, dễ lắp đặt và bảo trì.

Nhược điểm:

• Hiệu suất giảm khi nhiệt độ bên ngoài quá thấp (đặc biệt là ở vùng khí hậu lạnh).
• Không hiệu quả bằng hệ thống nguồn nhiệt từ nước hoặc đất trong điều kiện mùa đông khắc nghiệt.

WSHP (Water Source Heat Pump):

Là các hệ thống tương tự như Chilled Water System, nhưng khi cần sưởi thì nước không đi qua tháp giải nhiệt mà có thể phải đưa qua thiết bị gia nhiệt trước khi đi tới các thiết bị như fan coil, radiator...

Ưu điểm:

• Hiệu suất cao hơn so với ASHP, đặc biệt trong điều kiện thời tiết lạnh.
• Thích hợp cho các khu vực có nguồn nước gần kề như hồ, sông, ao.

Nhược điểm:

• Yêu cầu phải có nguồn nước ổn định và sạch.
• Chi phí lắp đặt và bảo trì cao hơn so với ASHP.

GSHP (Ground Source Heat Pump):

Cũng tương tự như WSHP nhưng hệ thống này dẫn đường ống nước xuống đất để tận dụng địa nhiệt thay vì phải dùng các thiết bị gia nhiệt.

Ưu điểm:

• Hiệu suất cực kỳ cao do sử dụng nguồn nhiệt ổn định từ đất.
• Giảm chi phí vận hành lâu dài nhờ khả năng khai thác năng lượng địa nhiệt.
• Có thể hoạt động hiệu quả ngay cả trong điều kiện khí hậu lạnh.

Nhược điểm:

• Chi phí lắp đặt ban đầu rất cao, cần phải đào đất và lắp đặt các ống ngầm.
• Yêu cầu diện tích đất rộng để lắp đặt hệ thống ống ngầm (nếu không dùng phương pháp khoan sâu).
• Quá trình lắp đặt phức tạp, đòi hỏi phải có chuyên môn kỹ thuật cao.

Water Cooled Water Chiller

Điều khiển nhiệt độ:

5 vòng tròn trên đây mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống Water Cooled Chiller. Mỗi vòng tròn là vòng tuần hoàn của một loại môi chất, đi từ phải sang trái:

1. Không khí nóng trong phòng đi qua dàn trao đổi nhiệt, nhả nhiệt và đi vào phòng với nhiệt độ thấp (khoảng 12-14°C).
2. Nước lạnh nhận nhiệt từ không khí và quay trở về trao đổi nhiệt với môi chất lạnh tại bình bay hơi của chiller (nhiệt độ nước ra khỏi chiller khoảng 5-7°C).
3. Môi chất lạnh nhận nhiệt từ nước và bốc hơi, được nén lên áp suất cao. Tại bình ngưng, môi chất nhả nhiệt cho nước giải nhiệt và ngưng tụ lại.
4. Nước giải nhiệt nhận nhiệt từ môi chất lạnh (~35°C) và được bơm tới tháp giải nhiệt để nhả nhiệt ra môi trường. Nước sau khi được giải nhiệt (~28°C) tiếp tục tuần hoàn về chiller để giải nhiệt cho bình ngưng.
5. Tháp giải nhiệt sử dụng gió để thải nhiệt cho nước từ bình ngưng.

Điều khiển độ ẩm:

Điều khiển độ ẩm liên quan trực tiếp tới điều kiện khí hậu trong không gian điều hòa, vì độ ẩm ảnh hưởng tới sự trao đổi nhiệt ẩn.

Để điều khiển chính xác độ ẩm, phương pháp tách ẩm và gia nhiệt không khí lên, đồng thời có thể phải phun thêm ẩm cho khí lạnh. Một số phương pháp gia nhiệt gồm: dùng điện trở, heat pipe, run around coil.

Điều khiển độ sạch:

Để điều khiển độ sạch của không khí, với các hệ thống thông thường có hai cách cơ bản:

• Sử dụng các loại màng lọc khác nhau để làm sạch bụi bặm và các chất độc hại trong không khí. Filter thường được gắn tại các thiết bị như PAU, AHU, FCU.
• Một số loại Filter thông dụng: Bag Filter, Plate Filter, EPA, HEPA, ULPA Filter. Ngoài ra còn có các loại lọc chuyên dụng để lọc các chất độc hại trong không khí.
• Sử dụng các đầu đo và điều khiển lưu lượng gió tươi để giảm nồng độ CO₂ trong không khí.

Evaporative Cooling System

Evaporative Cooling System (Hệ thống làm mát bay hơi) là một phương pháp làm mát không khí bằng cách sử dụng quá trình bay hơi của nước. Thay vì sử dụng môi chất lạnh như các hệ thống làm lạnh truyền thống (ví dụ: hệ thống điều hòa không khí), hệ thống này làm mát không khí bằng cách thổi không khí qua nước, tạo ra hiệu ứng làm mát tự nhiên.

Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý cơ bản của Evaporative Cooling là quá trình bay hơi của nước. Khi không khí nóng và khô đi qua một tấm đệm được làm ẩm bằng nước, nước trong tấm đệm sẽ hấp thụ nhiệt từ không khí để bay hơi. Quá trình này làm giảm nhiệt độ không khí và tăng độ ẩm, từ đó tạo ra không khí mát mẻ hơn. Không khí mát này sau đó được thổi vào không gian cần làm mát.

Cấu tạo:

Hệ thống làm mát bay hơi thường bao gồm các thành phần chính sau đây:

• Tấm đệm bay hơi (Evaporative Pads): Nơi nước được bơm qua và bay hơi khi không khí đi qua. Tấm đệm được làm từ chất liệu đặc biệt để giữ nước trong thời gian dài và tối ưu quá trình bay hơi.
• Máy bơm nước: Hệ thống bơm nước liên tục cung cấp nước cho các tấm đệm bay hơi để đảm bảo nước luôn duy trì trên bề mặt đệm.
• Quạt: Quạt có nhiệm vụ thổi không khí nóng từ bên ngoài qua tấm đệm bay hơi, sau đó đưa không khí đã làm mát vào bên trong không gian cần làm mát.
• Hệ thống điều khiển: Bộ điều khiển giúp điều chỉnh tốc độ quạt và lượng nước chảy qua tấm đệm để tối ưu hóa hiệu suất làm mát.

Ưu điểm:

• Tiết kiệm năng lượng: So với hệ thống điều hòa truyền thống sử dụng máy nén, Evaporative Cooling tiêu thụ ít năng lượng hơn do không cần đến quá trình nén lạnh phức tạp.
• Dễ lắp đặt và bảo trì: Hệ thống này có cấu trúc đơn giản, dễ lắp đặt và yêu cầu ít công việc bảo trì hơn so với hệ thống điều hòa truyền thống.
• Tăng cường chất lượng không khí: Sử dụng không khí ngoài trời, đồng thời làm mát và lọc sạch bụi bặm, giúp cải thiện chất lượng không khí bên trong.
• Thân thiện với môi trường: Không sử dụng môi chất lạnh gây hại cho tầng ozone, giảm tác động xấu đến môi trường.

Nhược điểm:

• Phụ thuộc vào điều kiện thời tiết: Hệ thống hoạt động hiệu quả nhất ở các khu vực có khí hậu khô và nóng. Hiệu suất làm mát giảm trong điều kiện độ ẩm cao.
• Không kiểm soát được độ ẩm: Khi không khí nóng được làm mát, độ ẩm của không khí sẽ tăng lên, có thể gây khó chịu ở khu vực có độ ẩm cao.
• Hiệu suất làm mát hạn chế: Không thể làm mát không gian xuống mức nhiệt độ thấp như hệ thống điều hòa không khí truyền thống.

AC Ductwork System

Đối với hệ thống điều hòa trung tâm (central cooling), chúng ta sẽ có hai hệ thống con cơ bản là water distribution và air distribution. Trong đó, water distribution chịu trách nhiệm vận chuyển nước lạnh hoặc môi chất lạnh từ chiller đến các thiết bị trao đổi nhiệt như AHU (Air Handling Unit) hoặc FCU (Fan Coil Unit). Còn air distribution chịu trách nhiệm phân phối không khí đã được xử lý đến các không gian cần điều hòa.

Hệ thống air distribution đảm bảo không khí được phân phối đồng đều, duy trì các điều kiện về nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí theo yêu cầu của từng không gian cụ thể.

Air distribution system

Air distribution là hệ thống chịu trách nhiệm cung cấp không khí lạnh (hoặc nóng) từ các thiết bị xử lý không khí (AHU, FCU) đến các khu vực cần điều hòa nhiệt độ.

Quá trình này bao gồm việc phân phối và điều hòa không khí qua các ống gió (ductwork), miệng gió (air diffusers), và các bộ điều chỉnh lưu lượng gió (VAV - Variable Air Volume).

Mục tiêu của hệ thống air distribution là đảm bảo không khí được phân phối đồng đều, duy trì các điều kiện về nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí trong từng không gian cụ thể.

Cấu tạo của hệ thống

AHU/FCU (Air Handling Unit/Fan Coil Unit) là các thiết bị xử lý không khí, nơi không khí được làm lạnh (hoặc sưởi ấm) và lọc trước khi được đưa vào các không gian điều hòa.

Ductwork (hệ thống ống gió) là hệ thống ống dẫn không khí từ AHU/FCU đến các phòng. Các ống gió thường được làm bằng tôn mạ kẽm hoặc nhựa cứng, được cách nhiệt để tránh thất thoát nhiệt.

Air diffusers (miệng gió) là thiết bị giúp phân phối không khí từ ống gió ra không gian điều hòa. Các miệng gió có nhiều loại như miệng gió khuếch tán, miệng gió khe hẹp, hoặc miệng gió vuông tùy thuộc vào thiết kế và yêu cầu thẩm mỹ của công trình.

Dampers (van điều tiết gió) là các thiết bị điều chỉnh lưu lượng gió để cân bằng không khí và kiểm soát dòng chảy của không khí trong hệ thống.

VAV (Variable Air Volume) được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng gió cấp vào không gian điều hòa dựa trên tải nhiệt thực tế. Khi nhiệt độ trong phòng thay đổi, VAV sẽ tự động điều chỉnh lưu lượng gió cấp vào để duy trì nhiệt độ mong muốn.

Các hệ thống thường gặp: Consstant volume mixing, Consstant volumenon mixing, Single zone variable volume, Multi zone variable volume.

CONSTANT VOLUME - NONMIXING

Hệ thống này sử dụng thiết bị xử lý không khí đặt trực tiếp trong không gian điều hòa, lưu lượng của không khí đi qua dàn lạnh không thay đổi. Hệ thống này chủ yếu sử dụng để điều hòa nhiệt độ.

Ứng dụng tiêu biểu: điều hòa cục bộ, điều hòa trung tâm dùng FCU, Package unit, điều hòa phòng server máy chủ…

Nguyên lý hoạt động:

Để điều khiển giá trị nhiệt độ: theo phương trình trao đổi nhiệt, khi lưu lượng của không khí qua coil không đổi thì ta phải thay đổi nhiệt độ của dàn coil hoặc lưu lượng môi chất lạnh đi qua dàn coil trao đổi nhiệt.

Để điều khiển giá trị ẩm ta sử dụng quá trình gia nhiệt bằng cách cho không khí đã xử lý qua thêm dàn coil nóng hoặc điện trở.

Mô tả hoạt động cơ bản:

Thiết bị xử lý không khí làm lạnh cho không khí trong không gian điều hòa tới điểm trạng thái thiết kế. Khi giá trị nhiệt độ rơi xuống thấp hơn giá trị cài đặt thì máy nén ngưng hoạt động. Khi giá trị nhiệt độ vượt quá điểm cài đặt máy nén tiếp tục hoạt động để làm lạnh đưa trạng thái không khí về giá trị cài đặt.

Do phương pháp này nên nhiệt độ trong phòng không ổn định, người ta sử dụng máy nén biến tần để khắc phục.

Đối với hệ thống điều hòa trung tâm: hệ thống điều khiển đo giá trị nhiệt độ trong phòng và gửi lệnh tới các van điều khiển tăng hoặc giảm độ mở để điều khiển lưu lượng môi chất lạnh qua dàn coil.

CONSTANT VOLUME - MIXING

Hệ thống này là ứng dụng của hệ điều hòa trung tâm, với lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh không thay đổi nhưng trước khi đi vào không gian điều hòa thì gió lạnh này sẽ được hòa trộn với một luồng gió khác. Hệ thống này ứng dụng để điều khiển cả nhiệt độ và độ ẩm cũng như độ sạch của không khí trong không gian điều hòa.

Ứng dụng tiêu biểu:

Điều hòa không khí cho bệnh viện, phòng sạch…

Nguyên lý hoạt động:

Hệ thống sử dụng 2 luồng không khí có 2 trạng thái khác biệt nhau đưa vào hòa trộn để đạt tới trạng thái mong muốn trước khi cấp cho không gian điều hòa.

Mô tả hoạt động cho hệ thống điều hòa phòng mổ:

Gió tươi ngoài trời sau khi được qua các bộ lọc sẽ tách ra làm 2 nhánh. Nhánh thứ nhất đi qua AHU để làm lạnh và tách ẩm. Nhánh thứ 2 có thể sẽ được gắn thêm thiết bị gia nhiệt (dàn coil nóng hoặc điện trở).

Cả 2 nhánh ống gió được đưa tới phòng mổ vào hộp hòa trộn để cho ra trạng thái không khí cài đặt của phòng đó. Tùy theo tính chất phòng mổ mà gió trong không gian điều hòa sẽ bị thải ra ngoài hoặc đi qua các bộ lọc trước khi được hồi về để xử lý tiếp tục cấp cho không gian điều hòa.

VARIABLE VOLUME

Hệ thống này ứng dụng của điều hòa không khí trung tâm, hoạt động bằng cách cung cấp lượng không khí lạnh vào không gian điều hòa thay đổi theo tải lạnh. Và chủ yếu dùng để điều khiển nhiệt độ và chất lượng không khí.

Ứng dụng tiêu biểu:

Chủ yếu sử dụng cho điều hòa tiện nghi như điều hòa cho các siêu thị, sân khấu, rạp chiếu phim, trường học…

Nguyên lý hoạt động:

Khi tải trong không gian điều hòa thay đổi thì các thiết bị phân phối gió lạnh sẽ điều chỉnh độ mở để thay đổi lượng gió lạnh phù hợp cấp vào không gian điều hòa để làm lạnh.

Mô tả hoạt động:

Không khí tươi qua các bộ lọc và được hòa trộn với gió hồi rồi đưa vào AHU để xử lý. Không khí đi qua một số thiết bị như VAV trước khi cấp vào không gian điều hòa.

Khi tải trong không gian điều hòa tăng lên thì thiết bị đo truyền tín hiệu để VAV điều chỉnh cánh mở lớn ra để cấp nhiều gió lạnh hơn vào làm lạnh cho không gian điều hòa. Khi tải giảm thì thiết bị đo truyền tín hiệu để VAV đóng bớt giảm lượng gió lạnh cấp vào không gian điều hòa.

Ngoài ra, lưu lượng gió tươi đi qua AHU cũng thay đổi theo tải.

Single Zone:

Một thiết bị sẽ hoạt động, phục vụ cho chỉ một khu vực. Do đó AHU không cần sử dụng các VAV gắn trên ống gió để điều khiển nhiệt độ cho không gian đó mà quá trình điều khiển được thực hiện trực tiếp tại AHU.

Multi-Zone:

Hệ thống này được thiết kế phổ biến cho các building, một AHU sẽ phục vụ cho rất nhiều không gian khác nhau. Do đó, trên đường phân phối gió cần sử dụng các VAV unit để điều khiển nhiệt độ cho các không gian riêng biệt này.

Back