CẨM NANG CHỌN AHU FCU
Thân chào bạn đọc!
Chào mừng bạn đến với Chiller Learner - nơi chia sẻ kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu về lĩnh vực HVAC và hệ thống Chiller.
Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về chủ đề: "Cẩm nang chọn AHU FCU trong hệ thống Chiller".
Nếu chiller là “trái tim” thì AHU, FCU (gọi chung là thiết bị airside) chính là “lá phổi” của hệ thống điều hòa trung tâm, đây là nơi nơi truyền tải hơi lạnh từ nước sang không khí (qua dàn coil trao đổi nhiệt) và đưa đến các không gian sử dụng. Bài viết hôm nay sẽ cung cấp đến bạn các yếu tố kỹ thuật cần lưu ý khi lựa chọn AHU, FCU.
.png "Airside-cover")
I. Chủng loại thiết bị (AHU/ PAU/ FCU)
Trước tiên chúng ta cần xác định từng không gian điều hòa của dự án phù hợp với loại thiết bị airside nào. Sau đây là một số khái niệm ngắn gọn để bạn đọc hiểu rõ hơn.
- AHU (Air handling unit):
+ Khái niệm: đây là thiết bị xử lý không khí tập trung, có công suất lạnh lớn (từ vài chục đến vài trăm kW), phù hợp cho việc điều hòa ở các không gian trung bình và lớn, giúp cải thiện chất lượng không khí bên trong nhà rõ rệt hơn (AHU có thể lọc, diệt khuẩn, làm lạnh, sưởi, và điều chỉnh độ ẩm nếu muốn, ...).
+ Cấu tạo bên trong: Buồng hòa trộn (mixing box), Lọc (sơ cấp/ thứ cấp/ Hepa/ Ulpa), Coil trao đổi nhiệt, Quạt cấp gió. Ngoài ra còn có một số tùy chọn khác tùy theo công năng: điện trở sưởi, UV light, bánh xe hút ẩm, máy phun ẩm, ...
+ Ứng dụng: Các khu vực có diện tích lớn như trung tâm thương mại, rạp chiếu phim, sảnh khách sạn, văn phòng lớn, phòng sạch , ...
- PAU (Primary Air Handling Unit):
+ Khái niệm: Là thiết bị chuyên xử lý gió tươi (ngoài trời) trước khi cấp vào hệ thống AHU/ FCU hoặc cấp trực tiếp vào không gian trong nhà.
+ Cấu tạo: tương tự AHU nhưng khác ở chỗ thiết bị sẽ không kết nối với hệ thống gió hồi từ phòng (không có mixing air) mà xử lý 100% gió tươi. Nhiều dự án ngày nay PAU được tích hợp bộ thu hồi nhiệt (heat recovery) để tiết kiệm năng lượng.
+ Ứng dụng: Hệ thống HVAC yêu cầu tỉ lệ gió tươi cao, như bệnh viện, phòng sạch, khách sạn cao cấp, trung tâm thương mại, ...
- FCU (Fan Coil Unit):
+ Khái niệm: Là thiết bị xử lý không khí nhỏ gọn, dùng để điều hòa không khí cho các khu vực riêng biệt hoặc phòng đơn lẻ, công suất lạnh dao động từ vài kW đến vài chục kW.
+ Cấu tạo: Gồm quạt, lọc sơ cấp và coil trao đổi nhiệt, thường có loại 2 ống hoặc 4 ống. Một số loại FCU phổ biến: FCU giấu trần nối ống gió (ceiling concealed), cassette, treo tường (wall mounted), áp trần.
+ Ứng dụng: Phòng khách sạn, văn phòng nhỏ, phòng họp, ...
II. Vị trí lắp đặt
- Đối với AHU: AHU thường được đặt trong phòng kỹ thuật (AHU room) ở mỗi tầng hoặc tập trung trên tầng kỹ thuật/ tầng mái. Đôi khi một số công trình sử dụng AHU đặt ngoài trời (được tích hợp mái che bên trên). Một số lưu ý:
+ Ưu tiên phòng AHU đặt gần khu vực điều hòa không khí để giảm chiều dài ống gió, giảm cột áp quạt gió cấp.
+ Cần đảm bảo yêu cầu về không gian lắp đặt & bảo trì được khuyến cáo từ nhà sản xuất, để việc tiếp cận bảo trì coil, thay filter, kiểm tra motor được thuận lợi.
+ Hạn chế độ ồn phòng AHU ảnh hưởng đến khu vực lân cận.
+ Như đã đề cập, đối với AHU đặt ngoài trời, cần tham khảo tư vấn từ nhà sản xuât để chọn đúng loại phù hợp.
- Đối với FCU: do kích thước nhỏ gọn nên FCU thường được đặt ngay tại không gian điều hòa (có thể treo trần hoặc gắn tường tùy vào chủng loại).
III. Công suất lạnh tổng (total cooling capacity)
- Khái niệm: là tổng năng lượng nhiệt được loại bỏ khỏi không khí để giảm cả nhiệt độ khô (sensible heat) và hơi ẩm (latent heat) trong không khí.
Total cooling capacity = Sensible capacity + Latent capacity
- Đơn vị thường dùng: kW hoặc:
+ RT (Refrigeration Ton): 1 RT ≈ 3.517 kW
+BTU/h (British Thermal Unit per hour): 1 kW ≈ 3412 BTU/h
- Công thức tính công suất lạnh tổng:
+ Dựa vào mạch nước: Q (kW) = m*Cp*ΔT
Trong đó:
m: lưu lượng khối lượng nước (kg/s) hoặc lưu lượng nước (l/s)
Cp: nhiệt dung riêng của nước (~4.186 kJ/kg.°C)
ΔT: độ chênh nhiệt độ nước vào – ra coil (°C)
+ Dựa vào mạch gió: Q (kW) = G*1.2*Δh
Trong đó:
G: lưu lượng gió (m3/s)
1.2: khối lượng riêng của không khí (kg/m3)
Δh: độ chênh nhiệt entanpy gió vào – ra coil (kJ/kgK)
Lưu ý: Công suất lạnh của thiết bị được chọn phải lớn hơn hoặc bằng tải nhiệt tổng tính toán hoặc thông số yêu cầu từ hồ sơ thiết kế.
IV. Công suất nhiệt hiện (sensible cooling cap)
- Khái niệm: Nhiệt hiện là một phần trong nhiệt tổng, đây là phần công suất dùng để giảm nhiệt độ khô (dry bulb) của không khí và ảnh hưởng đến cảm nhận mát ở người rõ ràng.
- Đơn vị thường dùng: kW, tương tự nhiệt tổng.
- Công thức tính công suất nhiệt hiện: Q (kW) = G*1.23*ΔT
Trong đó:
G: lưu lượng gió (m3/s)
1.23: tích của khối lượng riêng (kg/m3) và nhiệt dung riêng của không khí ẩm (kJ/kg.°C)
ΔT: độ chênh nhiệt độ gió (drybulb) vào và ra coil (°C)
Lưu ý: Tương tự nhiệt tổng, nhiệt hiện của thiết bị được chọn cũng phải lớn hơn hoặc bằng giá trị yêu cầu từ hồ sơ thiết kế.
Ví dụ: Một hệ thống điều hòa trung tâm cho văn phòng có công suất lạnh tổng yêu cầu là 120 kW, trong đó: 90 kW là sensible heat (giảm nhiệt độ), 30 kW là latent heat (tách ẩm).
Lúc này, giả sử thiết bị được chọn có công suất lạnh tổng là 120kW, 85kW hiện, 35 kW ẩn → không đạt (vì mặc dù đặt công suất tổng nhưng lại thiếu công suất hiện).
Trường hợp khác, thiết bị được chọn có công suất tổng là 125kW, 95kW hiện, 30kW ẩn → đạt yêu cầu.
V. Lưu lượng gió
Lưu lượng gió là một trong những thông số cốt lõi để thiết kế các thiết bị AHU, FCU, PAU.
- Khái niệm: là thể tích không khí mà một thiết bị HVAC xử lý hoặc lưu thông qua thiết bị trong một đơn vị thời gian. Đơn vị phổ biến: L/s, m3/h hoặc cfm
- Cách xác định lưu lượng gió cần thiết:
Khi tính toán thông số thiết kế của thiết bị, lưu lượng gió thường được xác định dưa trên tải nhiệt hiện tính toán thông qua công thức:
- Lưu ý: Đối với các ứng dụng phòng sạch, lưu lượng gió yêu cầu để đảm bảo độ sạch thường lớn hơn lưu lượng gió để xử lý tải nhiệt hiện rất nhiều, nên khi thiết kế các kỹ sư thường chọn lưu lượng gió theo hệ số ACH (Air change rate per hour) phù hợp cho phòng.
VI. Ngoại áp suất tính (ESP)
- ESP (External Static Pressure) là áp suất tĩnh bên ngoài mà quạt trong thiết bị Airside phải vượt qua để đẩy không khí đi qua hệ thống ống gió, van, miệng gió, filter... đến các khu vực sử dụng. Đơn vị Pa (Pascal).
- Trong thiết kế chúng ta cần xác định giá ESP này để:
+ Có cơ sở để chọn quạt bên trong AHU, FCU, PAU (dựa vào lưu lượng và cột áp ESP).
+ Thiết kế hệ thống ống gió sao cho không vượt quá giới hạn ESP của thiết bị.
+ Kiểm tra cân bằng gió và áp suất tại các nhánh ống trong quá trình cân chỉnh.
- Giá trị tính toán của ESP bao gồm toàn bộ hệ thống ống gió như đường ống gió cấp và gió hồi/ gió tươi (không bao gồm tổn thất qua các bộ phận bên trong AHU/FCU), cụ thể như sau:
+ Tổn thất áp qua ống gió thẳng.
+ Tổn thất áp qua phụ kiện ống gió: Co, Tê, chân rẽ, ...
+ Tổn thất áp qua van gió.
+ Tổn thất áp lọc gió.
+ Tổn thất áp qua miệng gió.
- Việc chọn ESP phù hợp với cột áp thực tế rất quan trọng, vì:
+ Nếu ESP quá thiếu: quạt sẽ không đủ áp đẩy gió đến cuối hệ thống.
+ Nếu ESP quá dư: Quạt hoạt động dư tải → lãng phí, ồn. Nhiều trường hợp không chọn được thiết bị phù hợp.
VII. Điều kiện gió vào/ra coil
Coil (dàn trao đổi nhiệt) trong AHU, FCU thường là cooling coil hoặc có thể kết hợp thêm heating coil.
- Điều kiện gió vào coil (on-coil) bao gồm:
+ Nhiệt độ khô (Dry bulb – DB) và Nhiệt độ ướt (Wet bulb – WB) hoặc Độ ẩm tương đối (RH) → cần tối thiểu 2 trong 3 thông số trên. Đối với AHU thì đây là điều kiện hoàn trộn giữa gió tươi và gió hồi từ phòng. Với PAU đây thường là điều kiện gió tươi ngoài trời.
+ Lưu lượng gió: là giá trị được tính theo tải lạnh được đề cập ở trên.
+ Vận tốc gió qua coil (face velocity): khuyến cáo vận tốc <= 2.5 m/s. Nếu vận tốc quá cao → trở lực lớn, giảm hiệu suất, nước ngưng có thể bị cuốn theo gió vào khoang quạt hoặc đường ống gió cấp.
- Điều kiện gió ra coil (off-coil): là điều kiện gió sau khi được trao đổi nhiệt, đối với coil lạnh thì gió sau coil sẽ có nhiệt độ và độ chưa hơi thấp hơn gió vào. Đối với coil nóng gió sau coil sẽ có nhiệt độ cao hơn gió vào (độ chứa hơi không đổi).
Lưu ý:
+ Điều kiện gió vào ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất trao đổi nhiệt của coil, điều kiện gió càng thấp thì hiệu suất coil càng giảm và ngược lại.
+ Điều kiện gió ra yêu cầu ảnh hưởng tới kích thước coil thiết kế, điều kiện này phải được chọn phù hợp theo tải tính toán, việc chọn sai điều kiện gió ra sẽ ảnh hưởng đến khả năng điều khiển nhiệt độ/ độ ẩm phòng. Chúng tôi sẽ có riêng một bài viết cho nội dung này.
VIII. Nhiệt độ nước vào/ra, lưu lượng nước
- Nhiệt độ nước vào/ra coil cũng chính là nhiệt độ nước hoạt động của Chiller.
Ví dụ: Chiller làm lạnh nước và cấp vào dàn lạnh ở 7oC, sau khi trao đổi nhiệt nước ra khởi coil ở 12oC → Chênh nhiệt độ nước ra và vào coil = 5oC. Chênh lệch nhiệt độ nước thường được thiết kế từ 5-8 độ C, thậm chí 10 độ C tùy theo yêu cầu tải lạnh và chiến lược tiết kiệm năng lượng.
- Lưu lượng nước: Lưu lượng nước qua coil cần thiết để đáp ứng tải lạnh được tính theo công thức: Q = m*cp*ΔT
→ m = Q/(cp*ΔT)
Trong đó:
Q: Công suất lạnh tổng (kW)
m: lưu lượng khối lượng nước (kg/s) hoặc lưu lượng nước (l/s)
cp: Nhiệt dung riêng của nước (≈ 4.186 kJ/kg.°C)
ΔT: Chênh lệch nhiệt độ nước vào – ra coil (°C)
- Tầm quan trọng của việc chọn đúng ΔT và lưu lượng nước: việc chọn ΔT nước phù hợp giúp tối ưu giữa hiệu suất năng lượng của Chiller và chi phí đầu tư hệ thống.
+ ΔT càng nhỏ: Cần lưu lượng nước cao hơn, ống nước lớn, bơm lớn → chi phí đầu tư tăng, đáp ứng tải lạnh nhanh, tăng khả năng kiểm soát chính xác
+ Chọn ΔT lớn: Giảm lưu lượng nước, tiết kiệm chi phí bơm, đường ống, giảm công suất điện của bơm tuần hoàn, nhưng cần coil có diện tích trao đổi nhiệt lớn hơn.
IX. Công suất điện, Nguồn điện
- Với AHU/ PAU: Công suất điện rất đa dạng, từ vài kW đến vài chục kW phụ thuộc vào:
+ Công suất quạt (thành phần chính), phụ thuộc vào lưu lượng gió, cột áp quạt và hiệu suất quạt (tùy theo chủng loại như Belt Fan, Plugfan hoặc EC fan).
+ Thiết bị phụ trợ như điện trở sưởi, bộ tạo ẩm, hệ thống hồi nhiệt nếu có, ...
+ Bộ điều khiển, van điện, cảm biến.
+ Với công suất tương đối lớn nên hầu hết các AHU sử dụng điện 3 pha (380V/3P/50Hz).
+ Quạt thường kết hợp với biến tần (VFD) để điều chỉnh tốc độ gió → tiết kiệm điện năng và giảm độ ồn.
- Với FCU:
+ Tương tự AHU, nhưng công suất điện của FCU khá nhỏ (vào chục đến vài trăm W, một số FCU công suất lớn có thể đến vài kW).
+ FCU công suất nhỏ nên thường sử dụng nguồn điện 1 pha (220V/1P/50Hz). Một số FCU công suất lớn (vài chục kW lạnh) có thể dùng điện 3 pha.
+ FCU thường tích hợp với bộ điều khiển nhiệt độ (thermostat) gắn tường, cũng dùng điện 1 pha. FCU thường được điều chỉnh tốc độ theo 3 cấp (H/M/L). Đối với loại dùng động cơ EC, có thể điều khiển tốc độ quạt vô cấp (bằng tín hiệu analog 0–10V DC) hoặc 3 cấp tùy vào nhu cầu.
X. Một số tùy chọn khác cho Chiller
Bên cạnh các tiêu chí yêu cầu chính khi lựa chọn AHU FCU ở trên, một số tùy chọn sau đây cũng được xem xét kỹ lưỡng theo nhu cầu của từng loại dự án như: Bánh xe thu hồi nhiệt, heating coil, heater, phun ẩm, RAC (Run-around coil), UV light, ...
XI. Tổng kết
Trên đây là các tiêu chí quan trọng khi thiết kế hoặc lựa chọn AHU FCU, tổng hợp lại chúng ta có ví dụ về bảng thống kê các thông số kỹ thuật của AHU như sau.
Như vậy chúng ta vừa tìm hiểu về "Cách chọn AHU FCU trong hệ thống Chiller". Một số mục chúng tôi không thể trình bày chi tiết vì nội dung đã khá dài nên sẽ ảnh hưởng đến trải nghiệm của bạn đọc. Nếu có bất kỳ thắc mắc hoặc ý kiến đóng góp về nội dung bài viết, anh/chị hãy để lại bình luận hoặc gửi mail về địa chỉ chillerlearner@gmail.com. Xin cảm ơn!
Thân chào và hẹn gặp lại ở chủ đề tiếp theo!
Chiller Learner.
* Một số bài viết có thể bạn quan tâm:
- Các kiểu thiết kế mạch nước Chiller
- Hiện tượng đọng sương trên lớp vỏ AHU
- Cẩm nang chọn bơm đúng kỹ thuật
.png)
0 comments:
Đăng nhận xét