TIN TỨC

Phần 1. So sánh hệ thống VAV và VRV (Comparison of VAV and VRV Systems)

Khái niệm và nguyên lý hoạt động (Definition & Working Principle):
Hệ thống VAV (Variable Air Volume): Một hệ thống điều hòa không khí trong đó lưu lượng không khí cấp tới các vùng thay đổi theo tải nhiệt, nhưng nhiệt độ gió cấp gần như không đổi. Cụ thể, một VAV system sử dụng một AHU (Air Handling Unit – bộ xử lý không khí) trung tâm để điều hòa không khí đến nhiệt độ cố định, rồi phân phối qua hệ thống ống gió (ductwork) đến các khu vực khác nhau. Tại mỗi zone (vùng điều hòa) có một VAV box (hộp VAV) với van tiết lưu (damper) điều chỉnh lượng gió vào khu vực đó. Khi nhiệt độ phòng lệch khỏi setpoint (nhiệt độ cài đặt), bộ điều nhiệt (thermostat) của vùng sẽ gửi tín hiệu để VAV box mở hoặc đóng bớt van, thay đổi lưu lượng gió, nhờ đó kiểm soát nhiệt độ từng khu vực một cách chính xác. Toàn bộ không khí cấp từ AHU có cùng nhiệt độ, do đó các vùng được làm lạnh (hoặc sưởi) thông qua việc tăng/giảm lưu lượng gió mát (hoặc nóng) tùy nhu cầu. Trong nhiều hệ VAV, các hộp VAV ở vùng ven tòa nhà còn được trang bị điện trở/coil sưởi phụ (reheat coil) để sưởi ấm không khí khi cần (ví dụ sáng sớm hoặc mùa đông). Hệ thống VAV thường yêu cầu có ống gió phân phối, do đó phù hợp với các tòa nhà có đủ không gian trần kỹ thuật cho ống gió.

Nhà ga T3 sân bay Tân Sơn Nhất - HCMC Việt Nam - Nơi lắp đặt 745 bộ VAV Single Duct hiệu Starduct-Belimo. Hoàn thành tháng 4 năm 2025.

Hệ thống VRV/VRF (Variable Refrigerant Volume/Flow): Đây là công nghệ điều hòa biến môi chất lạnh, khác biệt cơ bản ở chỗ sử dụng môi chất lạnh trực tiếp (refrigerant) làm môi chất trao đổi nhiệt thay vì nước/gió như hệ VAV. Một VRF system (còn gọi là VRV – một thuật ngữ thương mại của Daikin) gồm một hoặc nhiều dàn nóng (outdoor unit) với máy nén biến tần (variable-speed compressor) kết nối bằng đường ống môi chất tới nhiều dàn lạnh (indoor units) đặt tại các phòng. Mỗi dàn lạnh hoạt động như một evaporator (thiết bị bay hơi) độc lập và có van tiết lưu điện tử điều chỉnh lưu lượng môi chất theo nhu cầu nhiệt của phòng đó. Bằng cách thay đổi lưu lượng môi chất tuần hoàn, hệ VRF có thể kiểm soát chính xác nhiệt độ từng khu vực. Đặc biệt, các hệ VRF loại heat recovery (thu hồi nhiệt) cho phép làm lạnh và sưởi đồng thời ở các khu vực khác nhau: ví dụ một phòng có thể làm lạnh trong khi phòng khác sưởi ấm, nhờ chuyển nhiệt thừa từ khu vực làm lạnh sang khu vực cần sưởi. VRF thường không dùng ống gió lớn (chỉ có các ống gas và một số ống gió tươi nhỏ nếu tích hợp thông gió), do đó rất linh hoạt cho cải tạo những nơi khó lắp đặt ống gió lớn.

Ưu điểm và nhược điểm (Pros and Cons):
VAV: Hệ thống VAV có ưu điểm chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn so với VRF cho cùng một công suất điều hòa, nhất là đối với các tòa nhà lớn. Vì sử dụng thiết bị trung tâm (chiller/AHU) và ống gió, VAV tận dụng lợi ích đa dạng tải (diversity) – tức là tổng tải lạnh đồng thời thường nhỏ hơn tổng tải cực đại từng phòng – cho phép chọn máy lạnh trung tâm nhỏ hơn và giảm chi phí đầu tư. VAV cũng dễ bảo trì hơn do cấu tạo đơn giản (quạt, van, cảm biến) và kỹ thuật đã phổ biến lâu năm. Hệ VAV điều khiển nhiệt độ đa vùng tốt, độ ồn thấp và có khả năng kiểm soát độ ẩm tốt do toàn bộ xử lý ẩm tập trung tại AHU. Tuy nhiên, nhược điểm của VAV là hiệu suất năng lượng có thể thấp hơn VRF trong điều kiện tải biến thiên nhiều, do quạt trung tâm phải phục vụ cả hệ thống và thường chạy liên tục theo giờ hành chính. Khi chỉ một vài khu vực có nhu cầu, hệ VAV vẫn phải duy trì áp lực gió nền cho mạng ống, gây hao phí nếu điều khiển không tối ưu. Ngoài ra, VAV là công nghệ truyền thống nên những cải tiến mới chậm hơn so với VRF. Việc lắp đặt VAV đòi hỏi không gian trần cho ống gió và có thể khó khăn trong các công trình cải tạo không có sẵn chỗ cho ống gió lớn.

VRV/VRF: Hệ thống VRF nổi bật với hiệu suất năng lượng rất cao ở điều kiện tải một phần, nhờ máy nén biến tần có thể điều chỉnh công suất đúng theo nhu cầu từng khu vực. VRF cung cấp khả năng điều khiển vùng linh hoạt và độc lập: mỗi phòng có thể đặt nhiệt độ riêng, và hệ thống chỉ cung cấp năng lượng đúng mức cần thiết cho phòng đó. Đặc biệt, khả năng làm lạnh + sưởi đồng thời (đối với hệ thu hồi nhiệt) giúp VRF phục vụ tốt các tòa nhà có vùng nội thất và ngoại vi chênh lệch tải, giảm lãng phí năng lượng do không phải làm nóng rồi làm lạnh lại không khí như hệ VAV dùng reheat. VRF cũng không cần ống gió lớn, tiết kiệm không gian lắp đặt và phù hợp cho các dự án cải tạo hoặc tòa nhà cao tầng phân tán không gian kỹ thuật. Tuy nhiên, nhược điểm của VRF là chi phí đầu tư ban đầu cao hơn – ước tính khoảng $18 mỗi foot vuông diện tích phục vụ, so với $12–$15/ft² cho hệ thống HVAC truyền thống (ví dụ VAV). Lắp đặt VRF đòi hỏi đội ngũ thi công có tay nghề cao để đảm bảo việc hàn nối ống môi chất kín khít; rò rỉ môi chất là rủi ro cần lưu ý. Về bảo trì, VRF yêu cầu bảo trì chuyên biệt (kiểm tra môi chất, dầu máy nén, bo mạch điều khiển) và nếu hỏng máy nén trung tâm có thể ảnh hưởng đến nhiều vùng. Mặc dù rất hiệu quả, hệ VRF cũng có giới hạn về kỹ thuật thiết kế: chiều dài ống gas bị giới hạn (thường < ~300 m tổng cộng), nếu vượt quá thì công suất lạnh suy giảm đáng kể. Thực tế, một nghiên cứu cho thấy khi tổng chiều dài ống đạt ~600 feet (180 m), công suất hệ thống giảm ~10%; và với các tòa nhà rất lớn đòi hỏi ống dài >1000 m, hệ VRF có thể mất >50% công suất định mức. Điều này nghĩa là đối với công trình quá lớn, có thể phải chia nhiều hệ VRF hoặc sử dụng giải pháp khác. Ngoài ra, khả năng quá tải cục bộ: nếu nhiều phòng đòi hỏi max công suất cùng lúc, hệ VRF có thể hạn chế phân phối công suất, trong khi hệ chiller + VAV có thể dự trữ lạnh (thermal mass của nước) để đáp ứng tốt hơn các đỉnh ngắn hạn.

Hiệu suất năng lượng và tiết kiệm chi phí (Energy Efficiency & Cost Savings):
Nhiều nghiên cứu và thực tiễn cho thấy VRF thường vượt trội về tiết kiệm năng lượng so với VAV trong các tòa nhà có mô hình sử dụng biến thiên. Theo GSA (Tổng cục Dịch vụ Hoa Kỳ), hệ VRF có thể giảm tiêu thụ năng lượng HVAC trên 34% so với hệ thống truyền thống. Một nghiên cứu thực tế tại Trung Quốc trên 5 tòa nhà văn phòng cho thấy các tòa nhà dùng VRF tiêu thụ ít hơn tới 70% năng lượng làm mát so với các tòa nhà tương tự dùng VAV. Sở dĩ đạt mức chênh lệch lớn như vậy vì trong các tòa nhà VRF, người dùng có thể tắt hẳn điều hòa những khu vực không sử dụng (chế độ part-time, part-space), trong khi nhiều hệ VAV tại các tòa nhà đó vẫn vận hành toàn thời gian cho toàn bộ không gian (full-time, full-space) do hạn chế trong kiểm soát khu vực. Mặt khác, hiệu suất thực tế còn tùy thuộc cách vận hành và đặc thù công trình: nếu hệ VRF không được tối ưu (ví dụ luôn bật toàn bộ các dàn lạnh hoặc đặt nhiệt độ quá thấp giống nhau), lợi thế có thể giảm. Một báo cáo của Hydronics Industry Alliance theo dõi một tòa nhà lắp cả 2 hệ (VRF và hệ thủy lực) cho thấy hệ VRF thậm chí tiêu thụ năng lượng cao hơn hệ hydronic VAV trong 3 năm liên tục – nguyên nhân có thể do điều kiện vận hành không phù hợp để VRF phát huy hiệu suất cao. Do đó, để đánh giá đúng bài toán chi phí vòng đời (LCC), kỹ sư cần mô phỏng cả hai phương án. Thông thường, VRF chi phí đầu tư cao hơn ~20–50%, nhưng tiết kiệm ~15–40% năng lượng hàng năm tùy khí hậu và chế độ sử dụng. Chẳng hạn, mô phỏng tòa nhà 25,000 ft² cho thấy VRF tiết kiệm ~29–37% điện lạnh mỗi năm ở khí hậu ôn hòa miền Bắc Mỹ. Nếu giá năng lượng cao và tần suất sử dụng thấp (nhiều phòng thường tắt), VRF có thời gian hoàn vốn (ROI) khá nhanh (vài năm). Ngược lại, ở nơi hoạt động liên tục full tải (ví dụ nhà máy, trung tâm dữ liệu) thì ưu thế của VRF giảm, và hệ VAV/hệ lạnh trung tâm có thể kinh tế hơn. Vì vậy, thông lệ thiết kế là tiến hành phân tích chi phí vòng đời: xem xét chi phí đầu tư, chi phí vận hành (điện, bảo trì) và tuổi thọ từng phương án. Trong các hướng dẫn của Hoa Kỳ trước đây, VAV từng được coi là chuẩn mực cho tòa nhà lớn và chỉ chọn hệ khác nếu chứng minh được lợi ích LCC vượt trội. Ngày nay, VRF nổi lên như một giải pháp ưu việt trong nhiều trường hợp, nhưng quyết định cuối cùng vẫn nên dựa trên LCC của dự án cụ thể.

Tóm lại: Hệ VAV phù hợp cho những công trình diện tích lớn, mặt bằng thoáng, có không gian đặt thiết bị trung tâm và ống gió, ưu tiên chi phí đầu tư thấp và công nghệ đã được kiểm chứng. Hệ VRF lý tưởng cho các dự án cần linh hoạt cao, hạn chế về không gian lắp đặt ống gió, hoặc yêu cầu tiết kiệm năng lượng tối đa cho vận hành dài hạn. Trong thực tế, nhiều chủ đầu tư chọn giải pháp kết hợp: ví dụ, sử dụng VRF cho các không gian nhỏ lẻ hoặc cải tạo, và dùng hệ chiller/VAV cho khu vực diện tích lớn, nhằm cân bằng ưu điểm của cả hai.

Phòng R&D Công ty Ngôi Sao Châu Á

#HVAC hashtag#Construction hashtag#EngineeringExcellence hashtag#Starduct hashtag#MadeInVietnam hashtag#ProjectShowcase hashtag#QualityMatters