Thông số Kỹ thuật Mẫu cho Hệ thống VAV Hiệu suất Cao

PHẦN 1 - QUY ĐỊNH CHUNG

1.1 Tóm tắt

Việc thiết lập các tiêu chuẩn rõ ràng và toàn diện ngay từ đầu dự án là một yếu tố chiến lược quyết định đến thành công của hệ thống VAV (Variable Air Volume - Lưu lượng gió thay đổi). Phần này đặt ra các yêu cầu cơ bản, các tiêu chuẩn áp dụng và các trình tự vận hành cốt lõi để đảm bảo hệ thống VAV được thiết kế, lắp đặt và vận hành đạt hiệu quả năng lượng và hiệu suất cao nhất. Các quy định dưới đây tạo thành một nền tảng vững chắc cho việc lựa chọn thiết bị và thi công chi tiết trong các phần sau.

Phạm vi công việc

Thông số kỹ thuật này áp dụng cho việc thiết kế, cung cấp và lắp đặt hệ thống VAV, bao gồm nhưng không giới hạn ở các thành phần sau:

• Trình tự vận hành điều khiển: Dựa trên Hướng dẫn ASHRAE 36 để tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.
• Thiết bị đầu cuối VAV: Bao gồm các hộp VAV có hoặc không có chức năng gia nhiệt.
• Hệ thống quạt cấp gió: Ưu tiên sử dụng dàn quạt (fan arrays) để tăng hiệu quả và độ tin cậy.
• Hệ thống ống gió cấp: Bao gồm ống gió chính và các kết nối vào thiết bị đầu cuối.
• Hệ thống gió hồi: Bao gồm cả tùy chọn sử dụng không gian trần làm plenum gió hồi.
• Hệ thống điều khiển khí tươi tối thiểu: Đảm bảo đo lường và điều khiển chính xác để duy trì chất lượng không khí trong nhà (IAQ).

Tiêu chuẩn áp dụng

Tất cả các công việc phải tuân thủ phiên bản mới nhất của các tiêu chuẩn và hướng dẫn sau đây:

• ASHRAE Guideline 36: Trình tự Vận hành Hiệu suất cao cho Hệ thống HVAC. Đây là tiêu chuẩn nền tảng cho việc điều khiển hệ thống, cung cấp các trình tự đã được kiểm chứng và tối ưu hóa để giảm chi phí năng lượng và cải thiện sự ổn định.
• ASHRAE Standard 62.1: Thông gió để Đảm bảo Chất lượng Không khí trong nhà được Chấp nhận. Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về thông gió, đặc biệt là phương pháp xác định lưu lượng khí tươi tối thiểu cần thiết cho mỗi vùng.
• ASHRAE Standard 90.1: Tiêu chuẩn Năng lượng cho các Tòa nhà ngoại trừ Tòa nhà Dân dụng Thấp tầng. Tiêu chuẩn này đưa ra các yêu cầu về bảo tồn năng lượng, ảnh hưởng trực tiếp đến việc thiết lập các điểm đặt lưu lượng tối thiểu của hộp VAV.

Trình tự Vận hành (Sequences of Operation - SOO)

Yêu cầu cơ bản: Trình tự điều khiển phải tuân thủ và triển khai đầy đủ theo Hướng dẫn ASHRAE 36-2021.

Việc áp dụng Hướng dẫn ASHRAE 36 (G36) mang lại lợi ích cho tất cả các bên liên quan. Thay vì để các kỹ sư tự viết trình tự, nhà thầu tự lập trình và đơn vị vận hành tự gỡ lỗi, G36 cung cấp một bộ trình tự tiên tiến, đã được các chuyên gia hàng đầu của ASHRAE phát triển và kiểm chứng. Điều này cho phép các nhà sản xuất hệ thống điều khiển lập trình sẵn, kiểm tra và gỡ lỗi các trình tự này cho các đại lý của họ. Kết quả là một quy trình hợp lý giúp giảm chi phí ban đầu cho toàn bộ đội ngũ thiết kế và thi công, giảm chi phí bảo trì, giảm chi phí năng lượng và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Yêu cầu đối với nhà sản xuất Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BAS)

Để đủ điều kiện cho dự án này, nhà sản xuất BAS chính phải đồng ý lập trình và kiểm tra đầy đủ tất cả các trình tự ASHRAE Guideline 36 được tham chiếu ở đây cho các đại lý của họ tham gia đấu thầu dự án này. Nhà sản xuất BAS phải cung cấp việc lập trình và kiểm tra theo Hướng dẫn ASHRAE 36 như một phần của gói hỗ trợ tiêu chuẩn cho đại lý của mình, và chi phí này sẽ không được ghi nhận như một hạng mục chi phí trực tiếp trong hồ sơ dự thầu hoặc thanh toán của dự án này.

Phần này đã thiết lập các quy định chung và triết lý vận hành. Phần tiếp theo sẽ đi vào chi tiết các yêu cầu về sản phẩm và thiết bị để hiện thực hóa các mục tiêu hiệu suất này.

PHẦN 2 - SẢN PHẨM

2.1 Tổng quan

Chất lượng và hiệu suất của hệ thống VAV phụ thuộc trực tiếp vào việc lựa chọn và quy định đúng các thành phần chính. Các thông số kỹ thuật trong phần này được xây dựng dựa trên các phương pháp hay nhất và phân tích thực tế để tối ưu hóa chi phí vòng đời (Life-Cycle Cost - LCC), bao gồm cả chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành lâu dài. Việc lựa chọn thiết bị phù hợp là bước đầu tiên để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, tiết kiệm năng lượng và mang lại sự thoải mái cho người sử dụng.

2.2 Thiết bị Xử lý không khí (AHU)

Dàn quạt (Fan Arrays)

Quạt cấp gió phải là loại dàn quạt (fan array) bao gồm nhiều quạt plenum truyền động trực tiếp, cánh quạt đơn, miệng hút đơn.

Việc sử dụng dàn quạt mang lại nhiều lợi ích kỹ thuật và vận hành so với quạt ly tâm truyền thống:

• Giảm chiều dài AHU: Tiết kiệm không gian lắp đặt quý giá.
• Giảm độ ồn: Đặc biệt là ở phía đầu ra của quạt.
• Tăng độ dự phòng: Nếu một động cơ quạt bị lỗi, các quạt còn lại vẫn có thể hoạt động để duy trì một phần lưu lượng, đảm bảo hệ thống không bị gián đoạn hoàn toàn.
• Giảm năng lượng tiêu thụ của quạt: Bằng cách giảm độ ồn tại nguồn, dàn quạt có thể loại bỏ hoặc giảm bớt nhu cầu sử dụng bộ tiêu âm. Việc loại bỏ các thành phần này sẽ giảm tổn thất áp suất toàn hệ thống và tiết kiệm năng lượng vận hành của quạt.
• Dễ dàng bảo trì và thay thế: Các động cơ và quạt nhỏ hơn có trọng lượng nhẹ, dễ dàng xử lý và thay thế hơn so với một quạt lớn duy nhất.

Đo lường và Điều khiển Khí tươi Tối thiểu

Việc đo lường chính xác lưu lượng không khí ngoài trời, đặc biệt ở tốc độ thấp, là một thách thức lớn đối với nhiều loại cảm biến. Các yếu tố như tốc độ gió thấp, dòng chảy không đồng đều, nhiễu loạn, và ảnh hưởng của gió bên ngoài có thể gây ra sai số lớn.

Để giải quyết vấn đề này, việc kiểm soát lưu lượng khí tươi tối thiểu phải được thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến chênh áp (DP) đo qua một lỗ cố định (ví dụ: louver hoặc lưới lọc). Hệ thống phải duy trì lưu lượng khí tươi ở mức tối thiểu bằng một vòng lặp điều khiển liên tục. Phương pháp này cung cấp tín hiệu ổn định và chính xác hơn nhiều so với các phương pháp đo vận tốc trực tiếp.

Thông số kỹ thuật thiết bị:

• Cảm biến chênh áp (DP transmitter): Phải có độ chính xác ±0.25% trong dải đo từ 0 đến 0.1” w.g. (inch cột nước).
• Lỗ cố định (Fixed orifice): Phải được thiết kế để tạo ra chênh áp khoảng 0.06” w.g ở vận tốc thiết kế, đảm bảo tín hiệu đủ lớn để cảm biến đo lường chính xác.

2.3 Thiết bị Đầu cuối VAV (Hộp VAV)

Tổng quan và Lựa chọn

Việc lựa chọn kích thước hộp VAV là một sự cân bằng quan trọng giữa chi phí ban đầu, chi phí vận hành (năng lượng quạt và gia nhiệt), độ ồn và khả năng điều khiển. Hộp quá nhỏ sẽ làm tăng tổn thất áp suất, dẫn đến tiêu thụ năng lượng quạt cao hơn. Dựa trên phân tích chi phí vòng đời (LCC), tiêu chí lựa chọn tối ưu đã được xác định như sau:

Tiêu chí lựa chọn: Tất cả các hộp VAV có gia nhiệt (reheat) phải được lựa chọn để có tổng tổn thất áp suất (ΔTP) là 0.5” w.g. ở lưu lượng thiết kế.

Bộ điều khiển và Cảm biến

Khả năng điều khiển chính xác ở lưu lượng thấp là yếu tố then chốt để tiết kiệm năng lượng. Dữ liệu từ nhà sản xuất về lưu lượng tối thiểu có thể điều khiển thường quá thận trọng và không phản ánh đúng khả năng thực tế. Do đó, các yêu cầu sau đây phải được đáp ứng:

• Bộ điều khiển VAV của BAS phải có khả năng đo và điều khiển ổn định với áp suất vận tốc (Velocity Pressure) tối thiểu ≤ 0.004” w.g.
• Đầu dò lưu lượng của hộp VAV (ví dụ: dạng chữ thập) phải có hệ số khuếch đại (amplification factor F) ≥ 2.

Dàn gia nhiệt (Reheat Coils)

Tất cả các hộp VAV có gia nhiệt phải được cung cấp với tùy chọn dàn gia nhiệt quá khổ. Cụ thể, vỏ hộp và dàn trao đổi nhiệt phải có kích thước tiêu chuẩn của cỡ hộp VAV lớn hơn tiếp theo, trong khi van điều tiết và cảm biến áp suất vận tốc phải tương ứng với kích thước đầu vào được chỉ định trên bản vẽ.

Lý do kỹ thuật:

• Giảm tổn thất áp suất không khí: Vận tốc không khí qua dàn trao đổi nhiệt lớn hơn sẽ thấp hơn, làm giảm đáng kể tổn thất áp suất, từ đó giảm năng lượng tiêu thụ của quạt.
• Cải thiện hiệu suất hệ thống nước nóng: Chênh lệch nhiệt độ (ΔT) của nước nóng qua dàn trao đổi nhiệt lớn hơn sẽ cao hơn, giúp giảm lưu lượng nước nóng cần thiết, cho phép sử dụng bơm và đường ống nhỏ hơn.
• Cho phép sử dụng plenum đầu ra ít tốn kém hơn: Hỗ trợ các cấu hình lắp đặt ống gió đầu ra hiệu quả hơn về chi phí.

Bảng thống kê Hộp VAV

Bảng thống kê hộp VAV phải bao gồm các thông số sau đây. Đối với các cột lưu lượng tối thiểu, giá trị phải được đặt là "AUTO" để cho phép hệ thống điều khiển tuân thủ G36 tự động tính toán và điều chỉnh điểm đặt một cách linh hoạt.

Hướng dẫn: Việc đặt giá trị "AUTO" cho phép bộ điều khiển tuân thủ G36 tự động tính toán và điều chỉnh điểm đặt lưu lượng tối thiểu một cách linh hoạt dựa trên yêu cầu thông gió thực tế theo ASHRAE 62.1, thay vì sử dụng một giá trị phần trăm cố định. Nếu lưu lượng tối thiểu cần thiết thấp hơn khả năng điều khiển của hộp, trình tự G36 sẽ tự động sử dụng phương pháp thông gió trung bình theo thời gian (Time-Averaged Ventilation - TAV) để đảm bảo tuân thủ.

Việc lựa chọn cẩn thận các sản phẩm và thiết bị chỉ là một nửa của câu chuyện. Để hiện thực hóa đầy đủ tiềm năng hiệu suất của chúng, việc lắp đặt và thi công đúng kỹ thuật là yếu tố quyết định sẽ được trình bày trong Phần 3.

PHẦN 3 - THI CÔNG

3.1 Tổng quan

Thi công và lắp đặt đúng kỹ thuật là khâu cực kỳ quan trọng để đảm bảo hệ thống VAV hoạt động như thiết kế. Ngay cả những thiết bị tốt nhất cũng sẽ hoạt động kém hiệu quả nếu việc lắp đặt gây ra tổn thất áp suất không cần thiết hoặc làm ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến. Các yêu cầu trong phần này phải được tuân thủ nghiêm ngặt để giảm thiểu tổn thất áp suất, ngăn ngừa các vấn đề về tiếng ồn và đảm bảo khả năng điều khiển chính xác.

3.2 Lắp đặt Ống gió Cấp

Thiết kế Ống gió Chính

Nghiêm cấm sử dụng phương pháp thiết kế ma sát đều (equal friction) truyền thống. Thiết kế ống gió chính của VAV phải sử dụng Phương pháp Giảm Tỷ lệ Ma sát (Friction Rate Reduction Method).

Yêu cầu của phương pháp này là bắt đầu với tỷ lệ ma sát cao hơn (ví dụ: 0.3”/100’) ở các đoạn ống gần quạt, nơi vận tốc cao hơn, và giảm dần xuống tỷ lệ ma sát thấp hơn (ví dụ: 0.10” đến 0.15”/100’) ở các đoạn ống xa nhất. Triết lý "bắt đầu nhanh, kết thúc chậm" này mang lại một hệ thống có tổng tổn thất áp suất tương đương với phương pháp truyền thống nhưng với chi phí vật liệu và lắp đặt thấp hơn, đồng thời tiết kiệm không gian.

Kết nối vào Hộp VAV

Nghiêm cấm sử dụng ống gió mềm cho các kết nối đầu vào của hộp VAV. Ống gió mềm có tổn thất áp suất cao và bề mặt gồ ghề của nó có thể gây ra sai số cho cảm biến đo lưu lượng.

Các loại kết nối sau đây được yêu cầu:

• Kết nối tiêu chuẩn: Sử dụng ống gió cứng với đầu nối hình nón (Conical, Hard) cho hầu hết các hộp VAV.
• Kết nối cho các vùng quan trọng: Đối với các vùng được xác định là "quan trọng rõ ràng" (có khả năng quyết định đến điểm đặt áp suất tĩnh của toàn hệ thống), phải sử dụng ống gió cứng với đầu nối hình nón có kích thước lớn hơn (Oversized Conical, Hard).

Việc áp dụng kết nối quá khổ phải là một chiến lược có chủ đích, không phải là tiêu chuẩn chung. Phân tích chi phí vòng đời cho thấy việc áp dụng phương án này cho một vùng quan trọng duy nhất có thời gian hoàn vốn rất tốt. Ngược lại, việc áp dụng nó cho tất cả các vùng trong hệ thống sẽ không hiệu quả về mặt chi phí, với thời gian hoàn vốn có thể lên đến 75 năm. Chiến lược này nhằm mục tiêu giảm thiểu tổn thất áp suất tại các điểm trọng yếu nhất, từ đó giảm áp suất tĩnh cần thiết cho cả hệ thống và tiết kiệm năng lượng quạt một cách kinh tế nhất.

Ống gió ra khỏi Hộp VAV

Hệ thống ống gió đầu ra từ hộp VAV phải bao gồm một plenum hình chữ nhật không bọc lót, sau đó là các ống gió tròn dẫn đến các miệng gió. Cấu hình này, đặc biệt khi kết hợp với tùy chọn dàn gia nhiệt quá khổ (mục 2.3.3), mang lại hiệu suất tốt nhất bằng cách giảm tổn thất áp suất ở đầu ra của hộp VAV.

3.3 Lắp đặt Hệ thống Gió hồi

Khuyến nghị sử dụng Plenum Trần

Trong phạm vi cho phép của quy chuẩn xây dựng và phòng cháy chữa cháy, hệ thống gió hồi phải được thiết kế sử dụng không gian trần làm plenum và các trục hút gió hồi không cần lắp đặt ống gió.

Phương pháp này mang lại nhiều lợi ích đáng kể:

• Giảm chi phí HVAC: Loại bỏ một phần lớn hệ thống ống gió hồi.
• Giảm chi phí cho các hệ thống khác: Giảm sự tắc nghẽn trong không gian trần, giúp việc lắp đặt các hệ thống khác dễ dàng hơn.
• Giảm năng lượng quạt: Plenum trần có tổn thất áp suất rất thấp.
• Tự cân bằng: Hệ thống có xu hướng tự cân bằng lưu lượng gió hồi từ các phòng.
• Giảm tiếng ồn truyền giữa các phòng: Plenum lớn hoạt động như một bộ tiêu âm tự nhiên.

Yêu cầu Thiết kế Quan trọng cho Plenum

Để ngăn ngừa các vấn đề về ngưng tụ và chất lượng không khí trong nhà (IAQ), thiết kế phải đảm bảo rằng tất cả các plenum gió hồi có tường bao tiếp xúc với môi trường bên ngoài duy trì áp suất dương liên tục so với bên ngoài trong mọi chế độ vận hành. Nhà thầu phải chứng minh điều này thông qua tính toán thiết kế và xác minh tại hiện trường. Điều này ngăn không khí ẩm từ bên ngoài xâm nhập vào không gian trần và ngưng tụ trên các bề mặt lạnh.

3.4 Kết luận

Thông số kỹ thuật này cung cấp một khuôn khổ toàn diện để thiết kế, lựa chọn thiết bị và thi công các hệ thống VAV hiệu suất cao. Mục tiêu không chỉ là đáp ứng các yêu cầu tối thiểu mà là tạo ra một hệ thống được tối ưu hóa từ đầu đến cuối. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các hướng dẫn về trình tự vận hành theo ASHRAE G36, lựa chọn thiết bị dựa trên chi phí vòng đời, và áp dụng các phương pháp thi công tốt nhất sẽ đảm bảo một hệ thống hoạt động tiết kiệm năng lượng, mang lại sự thoải mái vượt trội và có chi phí vận hành thấp trong suốt vòng đời của tòa nhà.