TIN TỨC

Phương án điều khiển và kiểm soát (Control and Monitoring Strategies)

So sánh các loại controller (Comparing Controllers – Belimo, Siemens, Honeywell, v.v.): Có nhiều nhà cung cấp thiết bị điều khiển VAV trên thị trường, trong đó nổi bật là Belimo, Siemens, Honeywell, Johnson Controls, Schneider... Mỗi hãng có danh mục sản phẩm gồm van chấp hành (actuator) cho van gió, cảm biến và bộ điều khiển lập trình. Xét về chức năng, các hãng lớn đều cung cấp những tính năng tương đương: ví dụ Belimo có dòng VAV Compact Controller tích hợp cả cảm biến áp suất, controller và motor van trong một bộ, hỗ trợ điều khiển on/off, tín hiệu tuyến tính 0-10V hoặc giao tiếp BACnet; Siemens thì có dòng OpenAir cho VAV với mô-men xoắn và thời gian đáp ứng tương tự. Một bài so sánh chỉ ra: Belimo dòng LM và Siemens dòng GDE đều là động cơ không lò xo hồi vị (non-spring return) gắn trực tiếp trục van VAV, mô-men ~45 in-lb (5 Nm), cấp nguồn 24 VAC, nhận tín hiệu điều khiển dạng on/off, 3-điểm hoặc tuyến tính 0(2)-10 VDC, có tích hợp phản hồi vị trí hvacbrain.comhvacbrain.com. Thời gian mở hoàn toàn khoảng 90–95 giây (một số model nhanh ~30 giây) hvacbrain.comhvacbrain.com. Cả hai hãng đều có trang bị cơ chế hiển thị vị trí van và chốt tay (manual override) để thao tác thủ công khi cần, đây là tính năng tiêu chuẩn hữu ích cho bảo trì và khẩn cấp hvacbrain.com. Honeywell cũng có các bộ điều khiển VAV như dòng Spyder hoặc Jade, chức năng tương tự và thường được tích hợp trong hệ BMS Honeywell. Nhìn chung, điểm khác biệt giữa các hãng có thể ở: giao thức truyền thông hỗ trợ (BACnet MSTP, Modbus RTU, LON, hoặc giao thức riêng); độ tiện lợi khi lập trình (môi trường lập trình của Siemens APOGEE vs. Honeywell WEBs, v.v.); và dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật. Chẳng hạn, Belimo nổi tiếng với độ tin cậy cơ cấu chấp hành và có nhiều model tích hợp giúp đơn giản hóa đấu nối, trong khi Siemens mạnh về giải pháp tổng thể cho tòa nhà (BMS). Khi so sánh, kỹ sư nên xem xét tương thích hệ thống (sử dụng đồng bộ 1 hãng hay tích hợp nhiều hãng qua BACnet), tính năng bổ sung (ví dụ Belimo có cảm biến delta-P tích hợp sẵn, thuận tiện thay thế retrofit; Honeywell có app mobile cân chỉnh VAV qua Bluetooth), và giá thành. Tóm lại, các bộ controller từ những hãng uy tín đều đáp ứng tốt yêu cầu điều khiển VAV cơ bản; việc lựa chọn phụ thuộc vào hệ sinh thái BMS của công trình và kinh nghiệm của đơn vị tích hợp.

Kiến trúc DDC & BMS (DDC & BMS Architecture): Như đã đề cập ở phần thiết kế, kiến trúc điều khiển số cho hệ HVAC hiện đại có dạng hình cây: các bộ DDC lớp trường (field controllers) nối tới bộ điều khiển cấp vùng/trung tâm (area or supervisory controllers) và lên tới máy chủ BMS. Đối với dự án nhỏ, đôi khi bỏ qua lớp giữa, các DDC VAV có thể giao tiếp thẳng lên BMS. Các controller VAV thường được nạp sẵn chương trình điều khiển (ví dụ PID duy trì nhiệt độ phòng bằng cách modulating van gió, điều khiển reheat theo lịch, đảm bảo Q_min ventilation...). Trong khi đó controller AHU có chương trình phức tạp hơn (điều khiển nhiệt độ gió cấp, độ ẩm nếu có, điều khiển van gió tươi, hồi, bypass, điều khiển quạt theo áp suất...). Tất cả được kết nối qua mạng truyền thông: mạng này có thể là RS-485 (BACnet MSTP hoặc Modbus RTU), hoặc Ethernet (BACnet/IP) tùy quy mô. BMS software đóng vai trò giao diện người-máy: đồ thị giám sát, báo động sự cố, lưu trữ dữ liệu và cho phép thay đổi thông số. Một lợi ích lớn của kiến trúc này là khả năng giám sát phân tích từ xa: ví dụ kỹ sư vận hành có thể xem xu hướng nhiệt độ phòng, vị trí van VAV theo giờ trong ngày để phát hiện zone nào quá tải hay sensor nào hỏng (nhiệt độ bất thường). Theo hướng dẫn từ integracontrols: “Cả AHU và các VAV box đều có DDC controller giao tiếp qua mạng BAS. Việc giám sát, điều khiển tổng thể do hệ BMS thực hiện, cho phép người vận hành chỉnh setpoint, theo dõi hiệu năng hệ thống” linkedin.com. Hình thức này đảm bảo tính đồng bộ: ví dụ khi một zone quá lạnh, BMS nhận biết và có thể ra lệnh giảm tốc độ quạt AHU (thông qua static pressure reset) hoặc tăng nhiệt độ gió cấp, thay vì chỉ để local controller tự xử lý. Nhờ đó, chiến lược điều khiển nâng cao (advanced sequences) được thực thi trên toàn hệ thống.

Logic điều khiển cơ bản và nâng cao (Basic vs. Advanced Control Logic):
Basic control – Ở mức cơ bản, mỗi zone VAV hoạt động theo vòng điều khiển PID cục bộ: cảm biến nhiệt độ phòng đưa tín hiệu về bộ điều khiển VAV, so sánh với setpoint rồi điều chỉnh độ mở van gió (hoặc đóng/mở heating coil) để đưa nhiệt độ về mức yêu cầu linkedin.comlinkedin.com. Song song đó, AHU có các vòng điều khiển giữ nhiệt độ gió cấp cố định (ví dụ 12.5°C) bằng cách modulating van nước lạnh, và áp suất ống gió cố định (ví dụ 500 Pa) bằng cách modulating tốc độ quạt. Đây là chiến lược điều khiển cổ điển: mỗi phần tối ưu riêng nhưng chưa tương tác nhiều. Kết quả thường đạt tiêu chuẩn về comfort, nhưng tiềm năng tiết kiệm chưa cao vì khi tải thay đổi, hệ thống chưa tự điều chỉnh setpoint.

Advanced control – Các logic nâng cao nhằm tối ưu năng lượng mà vẫn đảm bảo comfort. Ví dụ điển hình: Static Pressure Reset – thay vì duy trì áp suất ống gió cố định cao nhất để phục vụ zone xa nhất, BMS sẽ theo dõi độ mở van của các VAV: nếu hầu hết các van đều đóng nhỏ (tức dư áp), BMS sẽ giảm dần setpoint áp suất xuống cho tới khi có khoảng 1–2 van gần mở tối đa (ví dụ >90% mở) reddit.com. Như vậy quạt AHU luôn chạy ở mức đủ dùng, tiết kiệm điện (Trim & Respond logic trong ASHRAE Guideline 36). Tương tự, Supply Air Temperature Reset: nếu không có zone nào cần nhiều lạnh (tất cả van VAV dưới 50% chẳng hạn), BMS sẽ tăng nhiệt độ gió cấp lên, giảm tải cho chiller và cũng giảm nhu cầu reheat ở zone ngoại  vipnnl.gov. Khi có zone cần lạnh mạnh (van mở >90%), BMS mới hạ nhiệt độ gió cấp lại. Cách này đảm bảo tiết kiệm năng lượng đáng kể so với giữ cố định 12°C quanh năm. Ngoài ra, logic nâng cao còn bao gồm Demand-Controlled Ventilation (DCV) – dựa trên cảm biến CO₂ hoặc lịch sử sử dụng, điều chỉnh lưu lượng gió tươi qua VAV hoặc qua van gió tươi AHU để duy trì chất lượng không khí với lượng tối thiểu (tiết kiệm chi phí điều hòa không khí ngoài trời) wbdg.org. Một logic khác là Occupancy-based Setback – khi phòng trống (cảm biến hiện diện hoặc theo lịch), BMS tăng setpoint điều hòa (cho phép nóng lên hoặc lạnh hơn vài độ) để VAV giảm gió xuống thấp nhất, chỉ duy trì thông gió. Khi phòng có người, setpoint trở lại bình thường để đảm bảo comfort, cách này giảm tiêu thụ đáng kể ngoài giờ cao điểm. Hệ thống điều khiển VAV hiện đại còn tích hợp kiểm soát áp suất phòng (nhất là trong bệnh viện, phòng sạch): VAV box cấp và VAV hồi phối hợp để duy trì chênh áp dương hoặc âm phù hợp (ví dụ phòng mổ áp dương +15 Pa, phòng cách ly áp âm -15 Pa). Tất cả các logic này được thực hiện thông qua chương trình DDC và BMS giám sát. Việc lập trình khá phức tạp, nhưng ASHRAE Guideline 36 đã cung cấp các sequence chuẩn để các hãng tuân theo, giúp tối ưu hiệu năng hệ thống VAV. Tóm lại, điều khiển cơ bản đảm bảo chức năng, còn điều khiển nâng cao tinh chỉnh để hệ thống vận hành thông minh, tiết kiệm hơn (thường giảm 10–20% năng lượng bổ sung nếu áp dụng đầy đủ các chiến lược tối ưu).

Công nghệ mới: AI, IoT trong VAV (New Technologies – AI and IoT in VAV systems): Sự phát triển của IoT (Internet of Things) và AI (trí tuệ nhân tạo) đang mở ra hướng mới trong vận hành HVAC nói chung và VAV nói riêng. Ngày nay, nhiều nhà cung cấp đã trang bị cảm biến IoT không dây cho các phòng (đo nhiệt độ, độ ẩm, CO₂, hiện diện) có thể tích hợp với controller VAV. Các cảm biến IoT này liên tục gửi dữ liệu lên đám mây (cloud), nơi các thuật toán AI phân tích để tối ưu vận hành HVAC donnellymech.comthermalcontrolmagazine.com. Ví dụ, AI có thể học mô hình sử dụng của từng phòng: giờ nào có người, bao nhiêu người, tương ứng tải lạnh bao nhiêu. Từ đó AI điều chỉnh lịch chạy và setpoint động cho VAV: trước khi phòng được sử dụng sẽ làm mát sẵn, khi phòng trống tắt sớm hơn. Điều này vượt trội so với lịch tĩnh thông thường. AI còn có thể dự báo tải dựa trên thời tiết, số người đặt lịch họp v.v., để điều khiển tiên đoán (predictive control) – tránh tình trạng vừa vào phòng bị nóng rồi mới làm lạnh. Về IoT, việc mỗi thiết bị VAV kết nối Internet cho phép giám sát từ xa và thậm chí điều khiển qua trợ lý ảo. Chẳng hạn, người quản lý tòa nhà có thể dùng ứng dụng để xem sơ đồ các VAV, điều chỉnh nhiệt độ phòng qua smartphone. AI cũng đang được dùng cho bảo trì dự phòng (predictive maintenance): bằng cách phân tích dữ liệu dòng điện động cơ VAV, lưu lượng, nhiệt độ, AI phát hiện dấu hiệu bất thường (như van bắt đầu kẹt, quạt mất hiệu suất) và cảnh báo sớm để bảo trì trước khi hỏng blog.totalhomesupply.comthermalcontrolmagazine.com. Một xu hướng khác là các smart dampers – van thông minh tích hợp vi xử lý và cảm biến, có thể tự điều chỉnh cục bộ theo mục tiêu do AI đặt ra. Theo một bài viết năm 2025, những xu hướng mới gồm việc sử dụng vật liệu và thiết kế van thông minh, cũng như tích hợp thuật toán AI/ML để tối ưu hiệu suất hệ thống theo thời gian thực numberanalytics.com. Về IoT, một concept quan trọng là tách bạch lớp điều khiển và lớp thuật toán: các thermostat/VAV truyền thống chỉ điều khiển dựa trên một cảm biến nhiệt cục bộ, nhưng trong kiến trúc IoT-AI, có thể có hàng chục cảm biến IoT khắp phòng thu thập dữ liệu cho AI trên cloud xử lý và gửi quyết định điều khiển xuống thiết bị iotforall.com. Điều này cho phép tận dụng dữ liệu lớn (big data) và sức mạnh tính toán để điều khiển tối ưu hơn so với PID cục bộ. Một câu nói tóm tắt xu hướng này: “IoT và AI đang làm thay đổi căn bản cách hệ HVAC vận hành”