Tài liệu này là các trích đoạn từ một buổi hội thảo trực tuyến của AMCA International, có tiêu đề "Hệ thống VAV Phần 2: Thiết kế ống dẫn Hệ thống VAV", do Lisa Cherney và Steve Taylor trình bày. Mục đích của buổi hội thảo là giới thiệu các kỹ thuật được tối ưu hóa để thiết kế hệ thống VAV (Lưu lượng Không khí Biến đổi) hiệu suất cao với chi phí tối thiểu, bao gồm các chủ đề như kích thước ống dẫn chính VAV, kích thước hộp VAV, và thiết kế hệ thống không khí hồi. Tài liệu thảo luận về các phương pháp luận thiết kế ống dẫn khác nhau, như phương pháp Giảm Tỷ lệ Ma sát mới hơn, cũng như các khuyến nghị cụ thể để giảm thiểu tổn thất áp suất và tối ưu hóa chi phí vòng đời cho các bộ phận hệ thống HVAC. Để đủ điều kiện nhận tín chỉ PDH, người tham gia được yêu cầu tham dự toàn bộ và hoàn thành một bài đánh giá sau hội thảo.

4 Mẹo Thiết Kế Hệ Thống VAV Giúp Thay Đổi Cuộc Chơi: Những Gì Chuyên Gia Muốn Bạn Biết

Mở đầu: Giới thiệu chung

Hệ thống HVAC (sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí) thường là trái tim vô hình nhưng vô cùng phức tạp của các tòa nhà hiện đại. Dù có nhiều phương pháp thiết kế tiêu chuẩn đã được áp dụng rộng rãi, nhưng những cải tiến có tác động lớn nhất lại thường đến từ việc thách thức các quy tắc truyền thống. Bài viết này sẽ tiết lộ bốn mẹo thiết kế ở cấp độ chuyên gia, được đúc kết từ các nghiên cứu hàng đầu trong ngành, có thể cải thiện đáng kể hiệu suất, giảm chi phí và đơn giản hóa toàn bộ quy trình thiết kế cũng như thi công.

--------------------------------------------------------------------------------

1. Chỉ Định Một Dòng, Lợi Ích Trăm Bề: Sức Mạnh Của ASHRAE Guideline 36

Theo truyền thống, các kỹ sư phải dành vô số giờ để viết các chuỗi vận hành (SOO) chi tiết cho hệ thống điều khiển tòa nhà, một công việc có thể dẫn đến sai sót và sự không nhất quán.

ASHRAE Guideline 36 ra đời như một giải pháp mang tính cách mạng. Mục tiêu của hướng dẫn này là để các chuyên gia hàng đầu trong ngành tạo ra và duy trì các chuỗi vận hành tiên tiến. Việc này chuyển gánh nặng viết và gỡ lỗi các chuỗi điều khiển phức tạp từ kỹ sư thiết kế sang nhà sản xuất, những người có thể lập trình sẵn và kiểm tra kỹ lưỡng các chuỗi này trên quy mô lớn.

Đối với kỹ sư thiết kế, công việc được đơn giản hóa một cách đáng kinh ngạc. Thay vì viết hàng trang tài liệu, họ chỉ cần chỉ định một dòng duy nhất: "Sử dụng chuỗi vận hành theo Hướng dẫn ASHRAE Guideline 36".

Đây không phải là một khái niệm lý thuyết. Guideline 36 là một giải pháp thực tế được ngành công nghiệp hỗ trợ mà các kỹ sư có thể chỉ định ngay lập tức—ít nhất năm nhà sản xuất lớn đã lập trình sẵn các chuỗi vận hành này. Việc áp dụng mang lại lợi ích cho tất cả các bên liên quan:

• Chi phí ban đầu thấp hơn cho toàn bộ đội ngũ thiết kế/thi công: Giảm thời gian thiết kế, lập trình và kiểm thử.
• Chi phí bảo trì thấp hơn và dễ bảo trì hơn: Các chuỗi vận hành đã được tiêu chuẩn hóa và kiểm tra kỹ lưỡng, giúp việc chẩn đoán và sửa lỗi dễ dàng hơn.
• Chi phí năng lượng thấp hơn và hiệu suất được cải thiện: Các chuỗi vận hành này được tối ưu hóa để đạt hiệu quả năng lượng cao nhất.

Đây có lẽ là mẹo quan trọng nhất giúp tinh giản toàn bộ quy trình, đảm bảo hiệu suất cao với nỗ lực tối thiểu.

--------------------------------------------------------------------------------

2. Lưu Lượng Tối Thiểu Của Hộp VAV: Đừng Tin Vào Catalog, Hãy Tin Vào Dữ Liệu

Một thực tế phổ biến là các kỹ sư thường cài đặt lưu lượng gió tối thiểu cho hộp VAV dựa trên catalog của nhà sản xuất, vốn thường khuyến nghị các giá trị thận trọng ở mức cao (ví dụ: 20-30% lưu lượng gió thiết kế) với lý do là để đảm bảo khả năng điều khiển.

Tuy nhiên, dữ liệu và các tiêu chuẩn hiện hành cho thấy cách làm này không chỉ lỗi thời mà còn gây lãng phí năng lượng nghiêm trọng. Các nghiên cứu gần đây và các tiêu chuẩn cập nhật (như ASHRAE 90.1-2019) không chỉ cho phép mà còn bắt buộc cài đặt lưu lượng gió tối thiểu bằng với lưu lượng thông gió tối thiểu cần thiết.

Quan điểm của chuyên gia về vấn đề này rất rõ ràng:

"Dữ liệu của nhà sản xuất VAV thường không chính xác và có thể bỏ qua."

Lý do rất đơn giản. Thứ nhất, nghiên cứu (như RP-1515) chỉ ra rằng tải thực tế trong tòa nhà thường rất thấp, và trên thực tế, hộp VAV thường lớn hơn gấp 3 lần so với mức cần thiết. Việc duy trì lưu lượng tối thiểu cao sẽ gây lãng phí năng lượng quạt và năng lượng sưởi một cách đáng kể. Thứ hai, các bộ điều khiển VAV hiện đại có độ chính xác rất cao ngay cả ở áp suất vận tốc (VP) cực thấp (xuống tới ~0.003" VP), giúp cho việc cài đặt điểm đặt tối thiểu ở mức thấp trở nên hoàn toàn khả thi và có thể điều khiển được.

Trong trường hợp lưu lượng thông gió tối thiểu thấp hơn mức có thể điều khiển được, Guideline 36 sẽ tự động sử dụng chế độ Thông gió Trung bình theo Thời gian (Time-Averaged Ventilation - TAV). Chế độ này luân chuyển luồng khí giữa mức không và mức tối thiểu có thể điều khiển trong một khoảng thời gian ngắn (ví dụ: 15 phút) để đạt được tốc độ thông gió trung bình cần thiết. Điều này đã hoàn toàn bác bỏ huyền thoại về "khả năng điều khiển" ở lưu lượng thấp.

Để áp dụng điều này, các kỹ sư nên đưa hai chỉ định kỹ thuật đơn giản sau vào thiết kế của mình:

• Chỉ định bộ điều khiển VAV của BAS có áp suất vận tốc tối thiểu VP ≤ 0.004”.
• Chỉ định hệ số khuếch đại của đầu dò lưu lượng VAV là F ≥ 2.

--------------------------------------------------------------------------------

3. Dàn Quạt (Fan Arrays): Giải Pháp Cho Các AHU "Khổng Lồ" Hiệu Quả Hơn

Dàn quạt là một cụm gồm nhiều quạt hộp (plenum fan) truyền động trực tiếp, kích thước nhỏ hơn, được sử dụng để thay thế cho một quạt lớn duy nhất trong bộ xử lý không khí (AHU). Giải pháp này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội:

• Giảm chiều dài AHU: Tiết kiệm không gian phòng máy.
• Giảm độ ồn: Hoạt động êm hơn so với một quạt lớn.
• Cải thiện khả năng dự phòng: Nếu một quạt bị hỏng, các quạt còn lại vẫn có thể hoạt động.
• Giảm năng lượng quạt: Hiệu suất tổng thể cao hơn, đặc biệt khi loại bỏ được các bộ tiêu âm hoặc hiệu ứng hệ thống.
• Dễ dàng thay thế và lắp đặt hơn: Các động cơ và quạt nhỏ hơn, nhẹ hơn, dễ xử lý hơn.

Lợi ích có tác động lớn nhất của dàn quạt là chúng cho phép sử dụng các "Mega AHU" có kích thước rất lớn (lên tới 200,000 cfm hoặc hơn). Đối với các tòa nhà lớn, việc sử dụng một Mega AHU thay vì nhiều AHU nhỏ hơn sẽ giúp giảm đáng kể chi phí ban đầu, yêu cầu ít không gian hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.

Mặc dù các thách thức tiềm tàng như "vùng bất thường" (rogue zones) có thể tồn tại, chúng hoàn toàn có thể được quản lý dễ dàng bằng các hệ thống điều khiển hiện đại, chẳng hạn như các chuỗi chẩn đoán có trong ASHRAE Guideline 36. Điều này làm cho việc sử dụng dàn quạt trở thành một giải pháp mạnh mẽ với hầu như không có nhược điểm, khiến chúng trở thành lựa chọn ưu việt cho các hệ thống VAV hiện đại.

--------------------------------------------------------------------------------

4. Hệ Thống Hồi Gió: Tại Sao Plenum Hồi Lại Tốt Hơn Hệ Thống Có Ống Gió Hoàn Toàn

Khi thiết kế hệ thống hồi gió, có hai lựa chọn chính: sử dụng hệ thống ống gió hoàn toàn hoặc tận dụng khoảng không trên trần giả làm plenum hồi gió. Dù một số người tin rằng hệ thống có ống gió là tốt hơn, nhưng việc sử dụng plenum trần mang lại những lợi ích đáng kể mà thường bị bỏ qua.

Dưới đây là những ưu điểm vượt trội của việc sử dụng plenum trần hồi gió:

• Giảm chi phí đáng kể: Giảm chi phí hệ thống HVAC (từ $3 đến $5/ft²) và cả chi phí cho các hạng mục khác do giảm bớt sự tắc nghẽn trong không gian trần.
• Tiết kiệm năng lượng: Giảm khoảng 20% chi phí năng lượng cho quạt do giảm được tổn thất áp suất của hệ thống. Hơn nữa, nó cho phép sử dụng các quạt thải khí hoặc hệ thống thải khí không cần quạt trong các hệ thống có bộ tiết kiệm gió ngoài trời (economizer), hiệu quả hơn so với quạt hồi.
• Không cần cân chỉnh: Hệ thống gần như không tốn chi phí cân chỉnh và tự cân bằng tốt hơn khi lưu lượng gió thay đổi.
• Giảm tiếng ồn: Giảm sự truyền âm giữa các phòng so với hệ thống ống gió không có lớp lót tiêu âm.

Một lo ngại phổ biến là các vấn đề về chất lượng không khí trong nhà (IAQ) hoặc độ ẩm. Tuy nhiên, những vấn đề này có thể được ngăn chặn hoàn toàn bằng cách đảm bảo plenum hồi được thiết kế để duy trì áp suất dương so với bên ngoài.

Ngoài ra, các tuyên bố rằng hệ thống hồi có ống gió giúp giảm thiểu lây lan COVID tốt hơn không được các nghiên cứu ủng hộ. Một nghiên cứu của Bahnfleth và cộng sự cho thấy plenum hồi thực sự có thể pha loãng các chất ô nhiễm tốt hơn.

--------------------------------------------------------------------------------

Kết Luận: Tư Duy Vượt Ngoài Lối Mòn

Bài viết đã chỉ ra rằng những thiết kế HVAC tiên tiến và hiệu quả nhất thường đến từ việc đặt câu hỏi cho các quy chuẩn đã có và áp dụng các phương pháp mới dựa trên dữ liệu. Bốn mẹo này — sử dụng Guideline 36, cài đặt lưu lượng tối thiểu VAV một cách chính xác, sử dụng dàn quạt và tận dụng plenum hồi — không chỉ là những tinh chỉnh nhỏ mà là những thay đổi cơ bản trong triết lý thiết kế. Chúng giúp tạo ra các hệ thống hoạt động tốt hơn, chi phí thấp hơn và bền vững hơn.

Vậy, những 'quy tắc' thiết kế nào khác trong ngành của bạn đang chờ đợi để được thách thức và cải tiến?