Tra cứu đơn hàng
0Giỏ hàng
Giỏ hàng0 sản phẩm
Chưa có sản phẩm nào
Xem giỏ hàng

Giỏ hàng0 sản phẩm

Chưa có sản phẩm nào

Đại diện ngành sản xuất phụ kiện hệ thống MEP tại Việt Nam

TIN TỨC

Phần 21: Thiết kế hệ thống HVAC VAV – Cơ sở và Tiêu chuẩn áp dụng

25/09/2025

Chia sẻ

Đã copy link

Khi thiết kế hệ thống VAV, cần tham chiếu đồng thời nhiều tiêu chuẩn ngành và quy chuẩn địa phương để đảm bảo hệ thống đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, an toàn và hiệu năng.

Thiết kế hệ thống HVAC VAV – Cơ sở và Tiêu chuẩn áp dụng

Giới thiệu hệ thống VAV

Hệ thống VAV (Variable Air Volume) là hệ thống điều hòa không khí biến đổi lưu lượng gió cấp theo tải của từng khu vực. Thay vì cung cấp lưu lượng không đổi như hệ thống CAV, VAV điều chỉnh lưu lượng gió cấp đến từng zone qua các hộp VAV box (van điều tiết lưu lượng) để duy trì nhiệt độ mong muốn. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng (giảm công suất quạt khi tải thấp) và tăng tính linh hoạt trong việc kiểm soát nhiệt độ từng khu vực. Khi thiết kế hệ thống VAV, kỹ sư cần xác định phụ tải lạnh/nhu cầu nhiệt của mỗi phòng, chọn kích thước hộp VAV phù hợp (loại có gia nhiệt lại – reheat hoặc không gia nhiệt), xác định áp suất tĩnh đường ống và nhiệt độ gió cấp đầu AHU/FCU phù hợp để hệ thống vận hành ổn định.

Một lợi ích chính của VAV là khả năng duy trì nhiệt độ và thông gió chính xác theo nhu cầu từng khu vực, trong khi vẫn đảm bảo chất lượng không khí và tiện nghi nhiệt. Hệ thống VAV hiện đại thường được điều khiển bằng DDC (Direct Digital Control) kết nối BMS, cho phép các chiến lược điều khiển tối ưu nhằm giảm tiêu thụ năng lượng nhưng vẫn đáp ứng tiêu chuẩn tiện nghi (ASHRAE 55) và chất lượng không khí (ASHRAE 62.1). Tuy nhiên, thiết kế VAV phức tạp hơn đòi hỏi tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn và quy chuẩn trong suốt quá trình thiết kế, thi công và vận hành.

Tiêu chuẩn thiết kế và quy chuẩn áp dụng

Khi thiết kế hệ thống VAV, cần tham chiếu đồng thời nhiều tiêu chuẩn ngành và quy chuẩn địa phương để đảm bảo hệ thống đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, an toàn và hiệu năng. Dưới đây là các tiêu chuẩn quan trọng và nội dung chính liên quan:

ASHRAE Guideline 36-2021 (High-Performance Sequences of Operation for HVAC Systems)

ASHRAE Guideline 36-2021 cung cấp các thuật toán điều khiển (sequence of operation) tiêu chuẩn cho hệ HVAC nhằm tối ưu hiệu suất. Đây là nỗ lực đầu tiên của ASHRAE nhằm chuẩn hóa các giải pháp điều khiển VAV hiệu năng cao trong công trình. Guideline 36 đưa ra các sequence nâng cao cho hệ thống HVAC phổ biến, được thiết kế để tối đa hóa hiệu quả năng lượng và hiệu suất, đồng thời vẫn đáp ứng tiêu chuẩn về tiện nghi nhiệt và thông gió của ASHRAE, đảm bảo độ ổn định điều khiển và tích hợp chức năng phát hiện lỗi (AFDD)[1]. Với Guideline 36, các nhà sản xuất hệ thống điều khiển đã phát triển sẵn thư viện chương trình tuân thủ hướng dẫn, giúp rút ngắn thời gian lập trình và giảm lỗi khi triển khai BMS[2].

Đối với hệ thống VAV nhiều zone, Guideline 36-2021 đặc biệt đề xuất các chiến lược điều khiển sau để nâng cao hiệu suất:

Điều chỉnh áp suất tĩnh AHU theo nhu cầu: Áp dụng phương pháp “trim & respond” – tức là tự động giảm đặt điểm áp suất tĩnh đường ống gió cho đến khi một VAV xa nhất vừa mở gần hết, rồi giữ mức đó. Điều này đảm bảo quạt chỉ cung cấp áp đủ đáp ứng zone khó khăn nhất, tránh dư áp gây tốn điện[3]. (Lưu ý: ASHRAE 90.1 từ năm 1999 đã yêu cầu các hệ VAV có DDC phải có chức năng reset áp suất tĩnh dựa trên van điều khiển zone để tiết kiệm năng lượng[4]).
Thuật toán Dual-Max cho VAV reheat: Với VAV box có cuộn sấy (reheat), Guideline 36 khuyến nghị chiến lược “dual maximum”. Thuật toán này đặt hai ngưỡng lưu lượng: lưu lượng tối đa khi làm lạnh và lưu lượng tối đa khi sưởi (thường thấp hơn mức làm lạnh). Khi phòng chuyển sang chế độ sưởi, VAV box sẽ giảm lưu lượng xuống mức tối thiểu cần thiết (thường bằng lưu lượng gió tươi yêu cầu) rồi mới mở van nước nóng. Nếu nhiệt vẫn không đủ, hộp VAV mới tăng dần lưu lượng lên tối đa thứ hai (heating max). Cách điều khiển này giúp hạn chế tối đa năng lượng tái sưởi và tránh tình trạng vừa sưởi vừa làm lạnh quá mức[3]. Nghiên cứu cho thấy chiến lược dual-max giúp giảm đáng kể năng lượng quạt và năng lượng sưởi so với logic VAV truyền thống, do tránh được việc giữ lưu lượng tối thiểu cao liên tục gây lạnh quá mức rồi phải reheat bù[5][6].
Tích hợp giám sát lỗi và hiệu chỉnh tự động: Guideline 36 còn đề cập đến việc cài đặt các thuật toán tự động phát hiện và chẩn đoán lỗi (AFDD) cho AHU và VAV (ví dụ: cảnh báo khi van VAV mở tối đa nhưng không đạt nhiệt độ đặt, cho thấy thiếu lưu lượng hoặc lỗi cảm biến). Điều này giúp hệ thống vận hành tin cậy và hỗ trợ công tác bảo trì chủ động[3].

Nhờ các hướng dẫn trên, hộp VAV và AHU tuân thủ Guideline 36 có thể vận hành tối ưu và đồng bộ. Kỹ sư thiết kế nên tham khảo ASHRAE G36 để xây dựng bản mô tả sequence điều khiển cho BMS, đảm bảo hệ thống VAV đạt hiệu quả cao ngay từ giai đoạn lập trình và dễ dàng trong khâu vận hành, kiểm tra.

ASHRAE Standard 62.1 (Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality)

ASHRAE 62.1 quy định các mức thông gió tối thiểu nhằm đảm bảo chất lượng không khí trong nhà chấp nhận được. Khi thiết kế VAV, kỹ sư phải tính toán lưu lượng gió tươi cho từng không gian theo công thức và tiêu chí của 62.1 (dựa trên diện tích và số người). Hệ thống VAV cần đảm bảo mỗi zone luôn nhận đủ lượng gió tươi tối thiểu ngay cả khi lưu lượng giảm thấp lúc tải nhỏ. Điều này thường được thiết lập qua giá trị VAV min (đặt điểm lưu lượng tối thiểu của hộp VAV) bằng hoặc cao hơn lưu lượng gió tươi yêu cầu.

Ngoài ra, Standard 62.1 còn quan tâm đến hiệu quả phân phối không khí. Ví dụ, với hệ thống thổi trần, để tránh phân lớp không khí khi sưởi, ASHRAE 62.1 yêu cầu nhiệt độ gió sưởi từ miệng thổi trần không được cao hơn quá 15°F (8,3°C) so với nhiệt độ phòng[7]. Yêu cầu này (cùng với giới hạn 20°F của ASHRAE 90.1[7]) dẫn đến việc giới hạn nhiệt độ gió cấp tối đa tầm 85-90°F (29-32°C) khi sưởi để đảm bảo không khí nóng đủ hòa trộn, giữ hiệu quả thông gió và tránh hiện tượng “short-circuit” (khí nóng nổi lên trần rồi về hồi ngay)[7]. Kết hợp các yêu cầu này, kỹ sư phải tính toán vừa đảm bảo đủ gió tươi, vừa tránh thổi gió quá nóng ở lưu lượng thấp gây mất hiệu quả.

Hơn nữa, ASHRAE 62.1 khuyến khích áp dụng điều khiển thông gió theo nhu cầu (DCV) cho các không gian có sự biến đổi số người (như phòng họp, hội trường). Bằng cách sử dụng cảm biến CO₂ hoặc lịch trình, hệ thống VAV có thể tăng/giảm gió tươi phù hợp occupancy để tiết kiệm năng lượng mà vẫn duy trì nồng độ CO₂ ở mức chấp nhận (thỏa mãn 62.1)[8]. Việc tích hợp DCV cũng cần tuân thủ yêu cầu của ASHRAE 90.1 (cho phép giảm gió tươi khi occupancy giảm) mà không vi phạm mức tối thiểu của 62.1. Thực tế, LEED yêu cầu cả tuân thủ 62.1 và 90.1, nên thiết kế VAV cần tinh chỉnh để không xảy ra xung đột giữa yêu cầu thông gió và tiết kiệm năng lượng[9][10] (ví dụ: có giải pháp bypass reheat để hút ẩm mà không vi phạm quy định cấm reheat thừa của 90.1, v.v.).

Tóm lại, Standard 62.1 đảm bảo hệ thống VAV cung cấp đủ không khí sạch cho cư dân. Thiết kế phải cấu hình VAV minimum flow = max(lưu lượng gió tươi yêu cầu, giới hạn kỹ thuật của hộp). Nếu dùng chiến lược lưu lượng tối thiểu rất thấp để tiết kiệm năng lượng, cần kiểm tra kỹ rằng lưu lượng đó không thấp hơn yêu cầu gió tươi và đảm bảo khuếch tán không khí đều.

ASHRAE Standard 90.1 (Energy Standard for Buildings)

ASHRAE 90.1 đặt ra các yêu cầu tối thiểu về hiệu quả năng lượng cho hệ thống HVAC. Đối với thiết kế hệ VAV, các điều khoản quan trọng của 90.1 bao gồm:

Giới hạn tối thiểu của VAV reheat: Để giảm lãng phí năng lượng do sưởi lại, 90.1 giới hạn lưu lượng tối thiểu của hộp VAV có reheat không được vượt quá 30% lưu lượng tối đa (hoặc không thấp hơn mức gió tươi cần thiết)[11]. Nói cách khác, VAV min ≤ 0,3 * VAV max (trừ khi gió tươi yêu cầu cao hơn mức đó). Quy định này nhằm giảm lượng không khí thừa phải sưởi nóng lại khi tải lạnh giảm. Với các zone ngoại thất tải sưởi cao, nếu 30% lưu lượng max vẫn không đủ sưởi, 90.1 gợi ý dùng phương án khác như hộp VAV quạt (fan-powered VAV) hoặc bổ sung sưởi độc lập thay vì nâng VAV min quá cao[11].
Điều khiển quạt và áp suất tĩnh: 90.1 yêu cầu các quạt cung cấp trên 5 hp (3.7 kW) phải có biến tần hoặc điều khiển biến tốc để điều chỉnh lưu lượng khi tải thay đổi. Đặc biệt với hệ VAV dùng DDC cho các zone, bắt buộc triển khai chức năng reset áp suất tĩnh theo nhu cầu (demand-based static pressure reset)[4]. Tức là BMS phải tự động giảm đặt điểm áp suất quạt khi các van VAV đóng bớt, để tránh quạt chạy dư áp phí điện. Đây cũng chính là logic “trim & respond” nêu trong Guideline 36. Tương tự, nhiệt độ gió cấp của AHU nên được reset tăng lên khi tải lạnh toàn hệ thống giảm (để giảm nhu cầu reheat ở các nhánh). 90.1 khuyến khích reset nhiệt độ gió cấp cho hệ thống nhiều zone khi điều kiện cho phép[12].
Hiệu suất quạt, động cơ và thiết bị: Standard 90.1 đưa ra giới hạn công suất quạt trên mỗi đơn vị lưu lượng (W/CFM) cho toàn bộ hệ thống ống gió. Thiết kế cần tối ưu tổn thất áp suất đường ống (các độ cản thiết bị, bộ lọc, miệng gió, VAV…) để tổng công suất quạt không vượt quá giới hạn này. Ngoài ra, hiệu suất tối thiểu cho chiller, boiler, DX coil, động cơ… cũng phải đáp ứng các giá trị trong 90.1. Trường hợp ở Việt Nam, QCVN 09:2017 có dẫn chiếu các yêu cầu COP tối thiểu cho máy lạnh/chiller tương tự bảng trong 90.1[13].
Hạn chế sưởi làm mát đồng thời: 90.1 có điều khoản cấm hoặc hạn chế các hệ thống vừa làm lạnh vừa sưởi trong cùng khu vực trừ một số ngoại lệ. Với VAV reheat, tiêu chuẩn yêu cầu phải có vùng chết (deadband) giữa chế độ lạnh và sưởi của mỗi zone để tránh việc reheat khi không cần thiết. Ngoài ra, các zone trong cùng hệ thống nên được điều khiển sao cho giảm thiểu việc một số zone phải sưởi trong khi zone khác đang làm lạnh kéo dài (có thể xét phân vùng hệ thống riêng cho khu vực nội thất và ngoại thất hoặc dùng hệ thống thu hồi nhiệt).

Nhìn chung, ASHRAE 90.1 định hướng thiết kế VAV tiết kiệm năng lượng tối đa bằng cách giới hạn việc cấp gió và gia nhiệt dư thừa. Kỹ sư phải cân bằng giữa việc đáp ứng thông gió & tải (theo 62.1) và tuân thủ giới hạn năng lượng (90.1). Đây là lý do cần các chiến lược điều khiển thông minh như dual-max, reset áp suất/nhiệt độ, cũng như cân nhắc các tùy chọn hệ thống (ví dụ: VAV quạt cho phòng ngoại thất) để thỏa mãn cả hai tiêu chuẩn[14][10]. Lưu ý rằng LEED yêu cầu tuân thủ tối thiểu 90.1-2010 (hoặc phiên bản tương ứng) như một điều kiện tiên quyết về năng lượng[15], do đó thiết kế VAV muốn đạt chứng chỉ xanh cũng chắc chắn phải đáp ứng tiêu chuẩn này.

ASHRAE Standard 55 (Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy)

ASHRAE 55 quy định các điều kiện vi khí hậu trong nhà để đảm bảo tiện nghi nhiệt cho phần lớn người ở. Tiêu chuẩn này xem xét tổng hợp các yếu tố: nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối, vận tốc gió, bức xạ nhiệt, cùng với yếu tố con người (mức độ hoạt động – met, trang phục – clo) để xác định vùng tiện nghi chấp nhận[16].

Với thiết kế HVAC, ASHRAE 55 yêu cầu hệ thống phải đảm bảo duy trì nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió trong khoảng mà ≥80% người cảm thấy dễ chịu. Cụ thể, thường thiết kế hướng tới giữ nhiệt độ khoảng 22-26°C và RH 40-60% trong vùng có người. Hệ thống VAV phải điều chỉnh đủ tinh tế để tránh dao động nhiệt độ phòng quá lớn hoặc tốc độ gió thổi vào người quá cao gây lạnh buốt. Bố trí miệng gió VAV phải tránh thổi trực tiếp vào người gây khó chịu (local discomfort), đồng thời đảm bảo độ đồng đều nhiệt độ trong phòng (tránh chênh lệch lớn theo phương đứng và theo thời gian).

ASHRAE 55 cũng đưa ra quy định về khả năng điều chỉnh của người dùng (ví dụ trong không gian văn phòng, nên có phương án để người sử dụng có thể điều chỉnh một phần nhiệt độ hoặc quạt cục bộ). Trong bối cảnh LEED và các chứng chỉ xanh, việc thiết kế thỏa mãn ASHRAE 55 là bắt buộc và còn có điểm thưởng nếu cung cấp công cụ kiểm soát tiện nghi cho từng khu vực (như thermostat dễ chỉnh, màn che nắng…).

Tóm lại, tiêu chuẩn 55 nhắc nhở người thiết kế VAV rằng ngoài hiệu quả năng lượng, hệ thống phải đáp ứng tiêu chí thoải mái cho con người. Các tính toán tải lạnh/sưởi nên chọn điểm thiết kế thỏa mãn vùng tiện nghi nhiệt (PMV/PPD đạt yêu cầu). Đồng thời, khi lập trình điều khiển VAV, phải đảm bảo quá trình chuyển đổi chế độ, thay đổi lưu lượng diễn ra mượt mà, tránh làm nhiệt độ phòng dao động vượt quá giới hạn tiện nghi.

Tiêu chuẩn địa phương và các quy chuẩn khác

Bên cạnh các tiêu chuẩn ASHRAE, khi thiết kế tại Việt Nam cần tuân thủ các tiêu chuẩn và quy chuẩn quốc gia liên quan đến HVAC:

TCVN 5687:2010 – Thông gió – Điều hòa không khí – Tiêu chuẩn thiết kế: Đây là tiêu chuẩn Việt Nam quy định rất nhiều nội dung thiết kế hệ thống thông gió và điều hòa cho nhà ở, công trình công cộng và công nghiệp. TCVN 5687 bao quát từ các thông số tính toán vi khí hậu, yêu cầu thông gió, cấp khí tươi, tổ chức thông gió đến yêu cầu về lọc bụi, hút khí thải, thông gió sự cố, phòng máy, lắp đặt thiết bị, đường ống và bảo vệ chống khói[17][18]. Khi thiết kế VAV cho một dự án tại Việt Nam, cần kiểm tra xem chủ đầu tư/yêu cầu địa phương có bắt buộc áp dụng TCVN 5687 không. Ví dụ, TCVN 5687 quy định tốc độ gió tối đa trong khu vực có người, độ ồn tối đa, cách xác định lưu lượng gió tươi trên đầu người (có thể khác so với ASHRAE 62.1), v.v. Do đó, phải đảm bảo không mâu thuẫn giữa thiết kế theo ASHRAE và các yêu cầu của TCVN (thường TCVN 5687:2010 có nhiều điểm tương đồng ASHRAE nhưng cũng có khác biệt do điều kiện Việt Nam).
QCVN 09:2017/BXD – Quy chuẩn quốc gia về hiệu quả năng lượng công trình: Quy chuẩn này bắt buộc áp dụng cho các công trình xây mới thuộc phạm vi điều chỉnh tại Việt Nam. Về HVAC, QCVN 09 yêu cầu tuân thủ mức thông gió theo QCXDVN 05:2008 (hoặc tiêu chuẩn tương đương)[19], và có các quy định như quạt > 0,56 kW phải có điều khiển tự động để tắt khi không cần (trừ trường hợp vận hành liên tục)[20]. Đây là điểm tương đồng với yêu cầu dùng biến tần của ASHRAE 90.1 nhưng ở mức cơ bản hơn. Ngoài ra, QCVN 09:2017 đưa ra hệ số cách nhiệt ống gió, hiệu suất tối thiểu thiết bị lạnh, và yêu cầu tuân thủ code năng lượng trong vận hành (ví dụ: không đặt nhiệt độ quá thấp gây tốn năng lượng…). Thiết kế VAV hệ mới cần làm thuyết minh để kiểm tra đáp ứng toàn bộ QCVN 09 (vì đây là quy định bắt buộc để nghiệm thu công trình).
IMC (International Mechanical Code) hoặc IFC (International Fire Code) nếu dự án áp dụng tiêu chuẩn quốc tế: IMC cung cấp các quy định về lắp đặt thiết bị, thông gió an toàn, khoảng cách lấy gió tươi, thải khí, yêu cầu về van chặn lửa, đầu báo khói trên hệ thống HVAC… Thiết kế VAV phải đảm bảo tuân thủ các yêu cầu này nếu được yêu cầu. Ví dụ: theo IMC/NFPA, hệ thống AHU > 2000 CFM phải đặt đầu dò khói trên đường hồi để ngắt quạt khi phát hiện cháy; van chặn lửa (fire damper) phải lắp tại các vị trí ống gió đi qua tường ngăn cháy; ống mềm đấu nối VAV phải dài không quá giới hạn cho phép; v.v. Các quy định này thường cũng được phản ánh trong TCVN 5687 và các tiêu chuẩn phòng cháy Việt Nam, nên kỹ sư cần đối chiếu để thiết kế tuân thủ.

Tóm lại, tuân thủ tiêu chuẩn địa phương là bắt buộc. Cần xác định trong đề bài dự án xem ưu tiên dùng bộ tiêu chuẩn nào (VD: Chủ đầu tư yêu cầu tuân thủ hoàn toàn ASHRAE & IFC, hay phải bám TCVN/QCVN). Trong nhiều trường hợp, thiết kế sẽ kết hợp cả hai: dùng thông số và phương pháp của ASHRAE nhưng vẫn đảm bảo các mức tối thiểu theo TCVN/QCVN để không vi phạm pháp luật. Việc tham chiếu chéo tiêu chuẩn nên được làm rõ trong Tiêu chuẩn thiết kế (Design Criteria) của dự án.

Tiêu chuẩn thiết kế ống gió và thi công lắp đặt (SMACNA, DW/144, etc.)

Hệ thống VAV bao gồm mạng lưới ống gió phân phối biến thiên lưu lượng, do đó việc thiết kế và thi công ống gió, miệng gió phải tuân theo các tiêu chuẩn chuyên ngành về độ bền, rò rỉ và tổn thất áp suất:

SMACNA Standards: Bộ tiêu chuẩn của Sheet Metal and Air Conditioning Contractors’ National Association (Hoa Kỳ) được coi là “kim chỉ nam” cho thiết kế & chế tạo hệ thống ống gió. SMACNA đưa ra hướng dẫn chi tiết cho kết cấu ống gió (độ dày tôn, gia cường gân tăng cứng, khoảng cách treo đỡ...), cấp áp suất ống gió (low/medium/high pressure), phương pháp nối ghép và làm kín (loại mặt bích, ke góc, silicon trám kín, tiêu chuẩn rò rỉ)[21][22]. Việc tuân thủ SMACNA giúp đảm bảo ống gió bền, kín, an toàn và thống nhất chất lượng trên toàn dự án[23][24]. Trong hồ sơ thiết kế, kỹ sư thường ghi chú “Chế tạo & lắp đặt ống gió theo SMACNA HVAC Duct Construction Standards, áp suất thiết kế X inch WG” để nhà thầu thi công thực hiện đúng tiêu chuẩn. SMACNA cũng có hướng dẫn về thiết kế hệ thống ống gió (HVAC Duct System Design) để tối ưu tổn thất áp và phân phối gió đều, cũng như tiêu chuẩn đo và cân chỉnh lưu lượng (TAB) cho ống gió sau thi công.
DW/144 (HVCA / B&ES): Đây là tiêu chuẩn Anh Quốc về sản xuất lắp đặt ống gió do Hiệp hội BESA ban hành, cũng được quốc tế công nhận tương đương SMACNA[25]. Nhiều dự án tại Việt Nam (nhất là với tư vấn Anh/Singapore) yêu cầu dùng DW/144. Tiêu chuẩn này cũng phân loại ống gió theo áp suất, quy định độ dày tôn, mặt bích (thường ký hiệu Class A/B/C tương ứng low/medium/high). Phiên bản mới của DW/144 mở rộng nội dung về giá đỡ treo, van chặn lửa, ống gió chịu lửa, ống gió ngoài trời, ống có lót tiêu âm, vật liệu cách nhiệt... nhằm bắt kịp các tiêu chuẩn châu Âu[26]. Về cơ bản, tuân thủ DW/144 hay SMACNA đều nhằm đảm bảo chất lượng ống gió (độ kín, bền và tuổi thọ > 20 năm). Kỹ sư thiết kế nên xác định rõ sử dụng tiêu chuẩn nào trong bản vẽ và thuyết minh để các bên liên quan thực hiện thống nhất.
Tiêu chuẩn khác: Ngoài hai tiêu chuẩn chính trên, có thể kể đến Eurovent 2/2, JIS cho ống gió tôn, hoặc TCVN 5687 (có chương về ống gió) như đã nói. Nếu dự án yêu cầu, nên liệt kê tất cả các tiêu chuẩn lắp đặt cơ điện chung như: IEC cho hệ thống điện điều khiển, NFPA cho tích hợp phòng cháy (đầu báo, damper), SMACNA HVAC Sound and Vibration (để kiểm soát rung ồn trong hệ thống VAV)...

Tóm lại, một bản thiết kế VAV tốt không chỉ tính toán lưu lượng và thiết bị, mà còn phải chỉ rõ yêu cầu kỹ thuật chế tạo lắp đặt ống gió, miệng gió, bảo ôn, thiết bị phụ theo các tiêu chuẩn uy tín. Điều này đảm bảo trong giai đoạn thi công, nhà thầu có cơ sở thực hiện đúng, và khi nghiệm thu có tiêu chí để đối chiếu (ví dụ: thử kín ống gió theo SMACNA cho phép rò rỉ bao nhiêu %).

Tiêu chuẩn công trình xanh (LEED, LOTUS, Green Mark, v.v.)

Nhiều dự án hiện nay hướng tới các chứng chỉ công trình xanh như LEED (Mỹ), LOTUS (Việt Nam), Green Mark (Singapore). Thiết kế hệ thống HVAC VAV cần xem xét các yêu cầu từ những bộ tiêu chí này để tích hợp ngay từ đầu:

LEED (Leadership in Energy and Environmental Design): Hệ thống đánh giá của USGBC. Về HVAC, LEED yêu cầu tuân thủ nghiêm ngặt ASHRAE 62.1 và 90.1 như các điều kiện tiên quyết[15]. Ngoài ra, dự án có thể đạt điểm nếu vượt qua mức hiệu năng yêu cầu (ví dụ: tiết kiệm năng lượng hơn 10% so với baseline 90.1 sẽ đạt điểm Optimize Energy Performance). Việc áp dụng VAV hiệu quả cao (có điều khiển thông minh, tải thấp giảm lưu lượng) sẽ góp phần tăng điểm phần năng lượng. LEED cũng yêu cầu Commissioning (xem mục dưới) như một yêu cầu bắt buộc – nghĩa là hệ thống VAV phải được vận hành kiểm tra bởi bên thứ ba để đảm bảo hiệu quả thiết kế. Các tín chỉ khác liên quan gồm Enhanced Commissioning, Enhanced Refrigerant Management (liên quan đến chiller VRF), Thermal Comfort (đảm bảo điều kiện ASHRAE 55 – thường đã bao gồm nếu tuân thủ thiết kế), Indoor Air Quality Plan & Assessment (quy định chạy xả air trước khi bàn giao hoặc đo các chất lượng không khí, trong đó hệ thống thông gió VAV phải vận hành đúng để cung cấp đủ lưu lượng). Tóm lại, thiết kế VAV muốn đạt LEED cần hướng tới hiệu quả năng lượng cao (vượt 90.1), kiểm soát tốt tiện nghi và IAQ, đồng thời chuẩn bị cho công tác commissioning và đo đạc sau này.
LOTUS: Hệ thống chứng chỉ xanh của Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam (VGBC), lần đầu ban hành 2010[27]. LOTUS có nhiều hạng mục tương tự LEED nhưng điều chỉnh cho phù hợp Việt Nam. Đối với HVAC, LOTUS cũng yêu cầu tuân thủ QCVN 09:2017 (code năng lượng) và khuyến khích vượt trội về hiệu suất. Hệ thống VAV hiệu quả sẽ giúp công trình đạt điểm ở các mục Năng lượng (hiệu quả hệ thống HVAC, có kiểm soát thông minh, hạn chế HCFC…), Môi trường bên trong (tiện nghi nhiệt, thông gió tốt, tiếng ồn thấp), và Quản lý thi công/vận hành (có kế hoạch commissioning, đào tạo vận hành). Vì LOTUS còn tương đối linh hoạt, người thiết kế nên tham khảo các phiên bản LOTUS hiện hành (NC, BI0, v.v.) để đảm bảo các lựa chọn thiết bị (ví dụ hiệu suất chiller, dùng VAV hay không) phù hợp tiêu chí.
Green Mark: Tiêu chuẩn của Cục Xây dựng Singapore (BCA). Green Mark rất chú trọng hiệu quả năng lượng – có các tiêu chí định lượng như chỉ số hiệu quả hệ thống lạnh tổng (kW/RT), hiệu suất quạt trên m³/s mà dự án phải đạt để được chứng nhận[28]. Thiết kế VAV có thể hỗ trợ đạt các tiêu chí này nhờ giảm tải quạt, nhưng đồng thời đòi hỏi hệ thống điều khiển tối ưu. Green Mark cũng quan tâm đến chất lượng không khí và môi trường nhiệt: yêu cầu các cảm biến CO₂ ở phòng đông người, bộ lọc hiệu suất cao (MERV/Ashrae 52.2) để duy trì IAQ. Ngoài ra, giống LEED, Green Mark yêu cầu commissioning và đo lường & xác minh hiệu năng sau khi vận hành. Nếu dự án hướng tới Green Mark, kỹ sư thiết kế cần làm việc với chuyên gia chứng chỉ để đảm bảo hệ thống VAV thỏa mãn các tiêu chí về tiết kiệm điện (qua mô phỏng năng lượng), điều khiển thông minh (có BMS giám sát, lịch trình, báo lỗi) cũng như tiện nghi cho người dùng.

Nhìn chung, các chứng chỉ xanh không đưa ra thêm công thức thiết kế mới, mà tổng hợp các yêu cầu từ ASHRAE, địa phương và thực hành tốt nhất rồi đặt mục tiêu cao hơn. Thiết kế hệ thống VAV tiên tiến theo Guideline 36, tuân thủ 62.1, 90.1 và bố trí đầy đủ phương tiện đo kiểm, vận hành hiệu quả sẽ giúp dự án dễ dàng đạt điểm ở nhiều hạng mục của LEED, LOTUS, Green Mark.

Commissioning, kiểm tra & cân bằng (Cx & TAB)

Thiết kế chỉ thành công khi hệ thống thực tế vận hành đúng ý đồ. Do đó, giai đoạn commissioning (Cx) và testing, adjusting, balancing (TAB) đặc biệt quan trọng đối với hệ VAV:

Building Commissioning (Cx): Là quy trình đảm bảo chất lượng có hệ thống, nhằm xác minh toàn bộ hệ thống và thiết bị được lắp đặt, vận hành và bảo trì đúng theo Yêu cầu của Chủ đầu tư (OPR) và tiêu chí thiết kế đề ra[29]. Đối với hệ thống HVAC VAV, commissioning bao gồm việc kiểm tra cài đặt thiết bị (VAV box, cảm biến, van, actuators), chạy thử nghiệm các sequence điều khiển đã lập trình trong BMS, và hiệu chỉnh lại nếu chưa đạt yêu cầu. ASHRAE Standard 202-2018 và Guideline 0-2019 cung cấp hướng dẫn chi tiết cho quy trình này, bao quát từ giai đoạn tiền thiết kế (xác định OPR, lập kế hoạch Cx), thiết kế (xem xét thiết kế đáp ứng OPR, đưa yêu cầu Cx vào hồ sơ), đến thi công, chạy thử, nghiệm thu và vận hành[30][31]. Trong thiết kế, kỹ sư cần quy định phạm vi Commissioning (ví dụ: “Hệ thống HVAC và BMS sẽ được Commissioning bởi bên thứ ba, tuân thủ ASHRAE Guideline 0 và Standard 202”), cũng như chuẩn bị các yêu cầu tài liệu (bản vẽ hoàn công, O&M manuals, đào tạo vận hành) phục vụ Cx. Lợi ích của commissioning với hệ VAV là đảm bảo hệ thống thực sự đạt hiệu suất như thiết kế, các lỗi cài đặt hoặc lập trình được phát hiện sớm (ví dụ: cảm biến đặt sai vị trí, giải thuật điều khiển chưa tối ưu) và khắc phục trước khi bàn giao. Nhiều chủ đầu tư và chứng chỉ xanh (LEED bắt buộc Fundamental Cx, và thưởng điểm cho Enhanced Cx) yêu cầu Cx, nên đây không còn là lựa chọn mà là hạng mục cần được tính trong kế hoạch dự án.
Testing, Adjusting, Balancing (TAB): Là công tác đo đạc, hiệu chỉnh lưu lượng gió và nước của hệ thống HVAC sau khi lắp đặt. Mục tiêu của TAB là điều chỉnh mọi phòng, nhánh gió đạt đúng lưu lượng thiết kế hoặc trong sai số cho phép, đảm bảo phân phối nhiệt/lạnh chính xác. Đối với hệ VAV, quá trình TAB sẽ: đo lưu lượng từng miệng gió ở các chế độ, cân chỉnh lại vị trí damper cục bộ nếu cần; đo và điều chỉnh lưu lượng tối đa/tối thiểu của từng hộp VAV (qua BMS hoặc tại controller của VAV box) để khớp với bảng giá trị thiết kế; cân bằng áp suất chênh lệch giữa các phòng (nếu yêu cầu áp chênh). TAB cũng sẽ đo áp suất tĩnh hệ thống ống gió, hiệu chỉnh đặt điểm biến tần quạt để đạt lưu lượng tổng yêu cầu trong khi không vượt quá áp suất thiết kế.

Theo hướng dẫn của NEBB/AABC, TAB là thông lệ bắt buộc để hoàn thiện bất kỳ hệ thống HVAC nào, bởi lẽ hiếm có hệ thống nào hoạt động hoàn hảo mà không cần hiệu chỉnh cuối cùng[32]. Người thiết kế nên quy định trong hồ sơ rằng nhà thầu phải thuê đơn vị TAB độc lập (AABC, NEBB hoặc TABB certified) để thực hiện cân bằng, và cung cấp báo cáo TAB trước khi vận hành thử hoàn thiện. Việc này đảm bảo minh bạch và chất lượng: nếu có sai lệch (ví dụ một phòng nào đó luôn lạnh quá vì VAV set sai lưu lượng min), đội TAB sẽ phát hiện và chỉnh lại, thay vì để người sử dụng chịu bất tiện sau này.

Tích hợp kiểm tra thiết bị đặc thù: Với VAV, cần đặc biệt kiểm tra cảm biến lưu lượng trên VAV box (thường là sensor đo chênh áp qua bắt chữ thập). Các sensor này phải được hiệu chuẩn (field calibration) đúng, nếu không sẽ dẫn đến lưu lượng thực tế khác xa setpoint. Commissioning agent thường sẽ yêu cầu functional test: đặt một lưu lượng qua BMS và đo thực tế bằng hood để xem VAV box đáp ứng đúng chưa. Ngoài ra, van nước nóng, điện trở sưởi của VAV cũng cần được test: mở van 100% xem nhiệt độ phòng có tăng theo yêu cầu không; đồng thời kiểm tra liên động an toàn (ví dụ quạt AHU tắt thì van reheat đóng, tránh đốt nóng khi không có gió).

Tóm lại, Commissioning và TAB là bước cuối cùng bảo đảm thiết kế VAV trên giấy thành công trong thực tế. Kỹ sư thiết kế cần phối hợp với bên Cx để cung cấp mọi thông số, sequence cần thiết (như bảng lưu lượng thiết kế của từng VAV). Một khuyến nghị chuyên môn là: luôn coi Commissioning/TAB như một phần của thiết kế – tức là thiết kế phải tạo điều kiện để có thể test và cân chỉnh được (ví dụ: chừa chỗ lắp cửa đo trên ống gió, chọn VAV có cổng truy cập đo áp…). Điều này giúp quá trình Cx, TAB diễn ra thuận lợi, công trình đạt hiệu quả mong muốn.

Hệ thống điều khiển và tích hợp BMS

Cuối cùng, yếu tố then chốt của hệ thống HVAC VAV hiện đại chính là hệ thống điều khiển tự động và tích hợp với BMS (Building Management System). Một số điểm cần lưu ý:

Lựa chọn hệ thống điều khiển: Mỗi hộp VAV cần được trang bị bộ điều khiển (controller) hỗ trợ các tính năng như: đo lưu lượng gió (qua cảm biến dp), nhận tín hiệu nhiệt độ phòng, điều khiển van damper tuyến tính, điều khiển van nước nóng hoặc điện trở sưởi (nếu có). Hiện nay đa phần các dự án dùng DDC controllers có giao thức mạng (BACnet/Modbus…) để kết nối về hệ BMS trung tâm. Kỹ sư thiết kế cần chỉ rõ yêu cầu: toàn bộ VAV controller phải tích hợp BMS, cho phép giám sát và điều khiển từ xa các thông số: lưu lượng hiện tại, damper %, nhiệt độ phòng, trạng thái van reheat… Việc này giúp người vận hành tòa nhà quản lý dễ dàng và cũng là tiền đề cho các chiến lược tối ưu nâng cao (như reset áp suất, giám sát lỗi) từ trung tâm.
Sequences of Operation: Như đã đề cập ở phần Guideline 36, người thiết kế phải xây dựng hoặc dẫn chiếu sequence điều khiển cho hệ thống. Ví dụ, với hệ thống VAV điển hình: “Khi nhiệt độ phòng tăng trên setpoint, VAV mở dần damper (tăng lưu lượng gió lạnh) từ min đến max; nếu đạt max mà nhiệt độ vẫn tăng, có thể kích hoạt chế độ làm lạnh cưỡng bức (nếu có). Khi nhiệt độ giảm dưới setpoint, VAV giảm lưu lượng xuống min; nếu tiếp tục giảm thấp hơn điểm sưởi, van reheat mở tuần tự để sưởi…”. Tất cả các kịch bản như chế độ sưởi, chế độ tiết kiệm đêm (setback), chế độ cháy (tắt quạt, mở toàn bộ VAV nếu dùng khói) cần được mô tả rõ. ASHRAE G36 là tài liệu tham khảo quý giá để viết các sequence này một cách tối ưu và thống nhất[3]. Thông thường, trong hồ sơ thiết kế sẽ có bảng hoặc văn bản liệt kê logic điều khiển cho AHU và cho từng loại VAV box.
BMS và giao diện vận hành: Hệ thống BMS sẽ tích hợp các điểm đo/điều khiển từ tất cả VAV và thiết bị khác. Cần yêu cầu nhà thầu cung cấp giao diện đồ họa (GUI) trực quan hiển thị sơ đồ hệ thống VAV, trạng thái từng zone. Các thông số cài đặt như nhiệt độ zone, lưu lượng gió tươi toàn AHU, áp suất đường ống nên được giám sát liên tục. BMS cũng nên được cấu hình các cảnh báo (alarm) cho tình huống bất thường: ví dụ, "Zone A nhiệt độ >30°C" hoặc "VAV Box #101 không đạt lưu lượng yêu cầu - khả năng lỗi cảm biến". Khả năng này tương ứng với chức năng fault detection trong Guideline 36, giúp đội vận hành sớm phát hiện vấn đề để xử lý[3].
Tích hợp các hệ khác: BMS của hệ VAV cần kết nối liên thông với các hệ thống khác trong tòa nhà. Ví dụ: hệ thống phòng cháy sẽ gửi tín hiệu đóng quạt, đóng VAV khi có khói (trừ các VAV nhánh xả khói nếu thiết kế). Hệ thống an ninh hoặc lịch trình tòa nhà có thể kết hợp để chuyển HVAC sang chế độ tiết kiệm ngoài giờ (giảm lưu lượng hoặc tắt hẳn một số tầng ít dùng). Ngoài ra, trong bối cảnh tòa nhà thông minh, BMS của VAV có thể nhận dữ liệu từ hệ thống quản lý phòng (khách sạn) hoặc cảm biến thông minh (đếm người) để điều chỉnh linh hoạt – những tích hợp này nên được cân nhắc ngay khi thiết kế nếu chủ đầu tư có yêu cầu đặc biệt.
An ninh mạng và vận hành lâu dài: Do các bộ điều khiển VAV kết nối mạng, cần chú ý đến giao thức truyền thông và an ninh. Thiết kế nên chọn giải pháp BMS và controller có độ tin cậy cao, hỗ trợ cập nhật, và có phương án thay thế sau này (tránh thiết bị quá độc quyền gây khó khăn khi mở rộng). Cũng cần huấn luyện đội ngũ vận hành hiểu rõ logic hệ VAV (có thể cung cấp manual tóm tắt sequence và bảng tham số cài đặt). Một hệ VAV được điều khiển tốt có thể mang lại trên 20-30% tiết kiệm điện so với hệ thống thông thường, nhưng nếu BMS không được cấu hình chuẩn hoặc bị vô hiệu, hiệu quả sẽ giảm nhiều. Vì vậy, chất lượng thiết kế hệ điều khiển và BMS gần như quyết định sự thành bại của dự án HVAC VAV.

Kết luận

Là một chuyên viên thiết kế hệ HVAC VAV, bạn cần chuẩn bị một kiến thức toàn diện về các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định liên quan. Trước khi triển khai dự án, hãy xây dựng một tài liệu cơ sở thiết kế (Design Basis) liệt kê rõ: phạm vi áp dụng tiêu chuẩn (ASHRAE, TCVN...), các thông số thiết kế chính (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất...), tiêu chí tiện nghi (theo ASHRAE 55), tiêu chí thông gió (theo 62.1/TCVN), yêu cầu hiệu quả năng lượng (theo 90.1/QCVN 09), cũng như cam kết về commissioning, TAB, tích hợp BMS. Việc tuân thủ ASHRAE Guideline 36-2021 sẽ giúp bạn thiết kế các chiến lược điều khiển VAV tối ưu ngay từ đầu, tận dụng được các thư viện sequence chuẩn và kinh nghiệm tích lũy của ngành[1]. Đồng thời, đừng quên cân nhắc các mục tiêu xanh và bền vững nếu dự án hướng tới chứng chỉ – hệ thống VAV của bạn có thể đóng góp đáng kể vào việc đạt chứng chỉ LEED, LOTUS hay Green Mark nếu nó được thiết kế và vận hành hiệu quả.

Tóm lại, thiết kế một hệ thống HVAC VAV đòi hỏi sự cân bằng giữa khoa học kỹ thuật và nghệ thuật quản lý, tuân thủ tiêu chuẩn nhưng cũng linh hoạt theo đặc thù công trình. Bằng việc tổng hợp và áp dụng những tiêu chuẩn hướng dẫn nêu trên, bạn sẽ có nền tảng vững chắc để triển khai thiết kế một dự án VAV thành công, đáp ứng mọi yêu cầu về hiệu suất, tiện nghi và an toàn trong suốt vòng đời công trình.

Nguồn tài liệu tham khảo:

ASHRAE Guideline 36-2021 – High-Performance Sequences of Operation for HVAC Systems[1][3]
Steven T. Taylor et al., “Dual Maximum VAV Box Control Logic,” ASHRAE Journal Dec 2012[7][11]
Sustainable Energy Action Committee – What is ASHRAE Guideline 36 and why is it important?[1][3]
Trane Engineers Newsletter – ASHRAE Standards 62.1 & 90.1 and VAV Systems[9][10]
TCVN 5687:2010 – Thông gió, điều hòa không khí – Tiêu chuẩn thiết kế[17][18]
QCVN 09:2017/BXD – Quy chuẩn hiệu quả năng lượng công trình (Vietnam Energy Efficiency Building Code)[19][20]
SMACNA – HVAC Duct Construction Standards[23][22]; DW/144 – Specification for Sheet Metal Ductwork[25]
NEBB – TAB in Sustainable Environment (2013)[32]
ASHRAE Standard 55 – Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy[16].