Hệ thống biến đổi lưu lượng gió với VAV box

1. Hệ thống biến đổi lưu lượng gió Varialbe Air Volume (VAV system) là gì?

Trước khi hiểu về hệ thống biến đổi lưu lượng gió Varialbe Air Volume (VAV system), tôi muốn nhắc lại một hệ thống cần phải biết đó là hệ thống lưu lượng gió không đổi Constant Air Volume (CAV system)

Hệ thống lưu lượng gió không đổi là hệ thống cấp gió lạnh từ coil lạnh trung tâm với lưu lượng gió cấp vào phòng không đổi theo điều kiện thay đổi tải.

Thường thấy nhất đó là các thiết bị dàn bay hơi như AHU phục vụ cho những không gian chung như siêu thị, nhà hàng, hội nghị, sân vận động trong nhà…

Vậy hệ thống biến đổi lưu lượng gió Varialbe Air Volume (VAV system) là hệ thống ngược lại với hệ Constant Air Volume (CAV system). Từ coil lạnh trung tâm chúng cung cấp không khí với nhiệt độ không đổi và thay đổi lưu lượng gió để duy trì nhiệt độ cho không gian sử dụng ở tất cả điều kiện tải.

Các không gian được sử dụng thường là hệ thống cấp lạnh cho khu vực với nhiều phòng khác nhau với tải lạnh khác nhau như văn phòng làm việc, trung tâm thương mại…

Hệ thống biến đổi lưu lượng gió bao gồm các thành phần chính như:

• Thiết bị bay hơi (thường là AHU) với quạt biến tần
• Các VAV box
• Các cảm biến nhiệt độ phòng

Tương tự như hệ thống CAV thông thường khi hoạt động đầy tải thì lưu lượng gió hệ thống VAV được tính toán như ví dụ sau:

Tuy nhiên, tại mỗi khu vực tải, hệ thống VAV sẽ tạo nên sự cân bằng và duy trì nhiệt độ bằng cách điều chỉnh lưu lượng gió cấp lạnh bởi tương ứng yêu cầu tải lạnh của mỗi khu vực riêng lẻ. Việc điều chỉnh đó được thực hiện bởi VAV box và quạt biến tần của AHU.

Ví dụ: Tính lưu lượng gió tại một khu vực được cân bằng tương ứng với tải lạnh yêu cầu.

2. Tại sao phải dùng hệ thống Varialbe Air Volume (VAV system)

Một nguyên nhân chính của việc sử dụng hệ VAV đó là tiết kiệm năng lượng khi phục vụ cho các khu vực tải khác nhau.

• Thứ nhất lưu lượng gió được giảm sẽ tạo nên sự tiết kiệm năng lượng cho quạt AHU khi vận hành. Việc tính toán lưu lượng gió giảm tương ứng với công suất lạnh sẽ được tính toán cụ thể theo công thức hoặc các phần mềm tính tải như Trace700 hoặc HAP.
• Thứ hai là việc giảm lưu lượng gió qua bề mặt coil lạnh sẽ là nguyên nhân dẫn đến hệ thống lạnh gia tăng làm lạnh trở lại để ổn định nhiệt độ gió cấp thay đổi. Đổi lại, điều này sẽ làm giảm năng lượng tải hơn so với khi hoạt động đầy tải.
• Một lý do khác cho hệ thống VAV đó là giúp cho việc tiết kiệm chi phí một cách hiệu quả hơn. Hệ thống VAV có khả năng kiểm soát nhiệt độ của nhiều không gian với yêu cầu tải lạnh hoặc sưởi khác nhau. Việc đó được thực hiện bởi một thiết bị AHU và các thiết bị đầu cuối như VAV box cùng cảm biến nhiệt độ tại các phòng riêng biệt độc lập.

Ví dụ như khi mặt trời rọi vào hướng tây của tòa nhà vào buổi chiều thì VAV box sẽ điều chỉnh gia tăng lưu lượng gió cấp để giữ cho nhiệt độ ở mức độ tiện nghi tại hướng đó. Trong khi đó chúng sẽ điều chỉnh các khu vực phía đông với lưu lượng gió cấp lạnh tương ứng để không quá lạnh. Đây là đặc điểm mà hệ VAV được xem xét cho việc chọn lựa thiết bị AHU nhỏ hơn bình thường.

Một số đặc điểm cơ bản củng cố cho việc áp dụng hệ thống VAV trong thiết kế như:

• Thay đổi nguồn tải nhiệt cho không gian sử dụng
• Cần thiết cho việc kiểm soát nhiều không gian với tải độc lập
• Sử dụng một đường gió hồi chung

Ưu điểm lớn nhất của hệ thống VAV đó là có khả năng nhật biết và tiết kiệm năng lượng cho quạt và năng lượng làm lạnh ở các khu vực tải. Đây là một ứng dụng tuyệt vời cho việc tiết kiệm năng lượng bằng vệc tận dụng được tối ưu hệ số đồng thời hoạt động tải ở các thời điểm tải. Điều đó đồng nghĩa với việc tiết kiệm năng lượng một cách đáng kể cho tòa nhà khi hoạt động cho từng tháng, từng năm.
Do hệ thống VAV sử dụng chủ yếu một thiết bị bay hơi và quạt như AHU phục vụ cho nhiều không gian nên phải sử dụng một đường gió hồi trần chung về AHU từ những không gian được cấp lạnh.

Nếu việc hồi gió được yêu cầu sử dụng đường ống gió hồi cho mỗi khu vực cấp lạnh về AHU thì việc cân bằng gió và điều khiển trở nên phức tạp hơn.

VAV box gồm rất nhiều loại với nhiều chức năng khác nhau. Tùy theo giải pháp và điều kiện yêu cầu thiết kế mà chọn loại VAV box phù hợp.

Hai hình phía dưới là loại VAV box cơ bản thường sử dụng nhiều nhất với chức năng điều chỉnh lưu lượng gió dựa vào nhiệt độ nhận biết được trong phòng.

3. Hệ số đồng thời của hệ thống Varialbe Air Volume (VAV system)

Với khả năng điều chỉnh lưu lượng gió theo công suất lạnh dựa vào yêu cầu sử dụng từng phòng riêng biệt nên sẽ tiết kiệm hơn trong việc lựa chọn thiết bị AHU bằng cách sử dụng hệ số đồng thời.

Hệ số đồng thời = Tải thiết bị AHU/ Tổng tải lạnh các VAV box

Ví dụ: cho tổng công suất các thiết bị VAV box là 820.000 BTUh (240.2kW) và công suất thiết bị AHU là 660 BTUh (193.4kW). Hệ số đồng thời = 193.4/240.3 = 0.805
Tương tự công suất lạnh, hệ số đồng thời cho lưu lượng gió cũng được tính như trên.
Nguồn: Kỹ sư Vương Cam