hiệu quả cho các hệ thống điều hoà không khí và thông gió trong các toà nhà cao tầng / khách sạn.[6]
Trong toà nhà cao tầng/ khách sạn thì hệ thống cơ điện đóng vai trò quan trọng bậc nhất đó là hệ thống điều hoà không khí và thông gió. Đi cùng với sự quan trọng đó là chí phí để vận hành hệ thống đó cũng rất lớn. Để có thể sử dụng một cách hiệu quả và tiết kiệm nhất về năng lượng đối với hệ thống này chúng ta đi sâu nghiên cứu và phân tích một vài yếu tố chính của hệ thống như sau:
Chức năng của hệ thống điều hòa không khí là:
Tạo ra môi trường tiện nghi cho người trong tòa nhà.
Cung cấp đủ lượng gió tươi để duy trì môi trường trong lành cho người trong tòa nhà.
Mặc dù sự cảm nhận về tiện nghi là do chủ quan mỗi người, cảm nhận đó bị tác động bởi nhiệt độ, độ ẩm tương đối và vận tốc không khí tại chỗ. Nhìn chung, đa số mọi người cảm thấy thoải mái khi nhiệt độ trong nhà được duy trì giữa 23oC và 26oC với độ ẩm tương đối khoảng từ 50% đến 80%. Cần nhấn mạnh rằng nếu nhiệt độ và độ ẩm trong tòa nhà thấp quá mức cần thiết không chỉ làm tăng chi phí vận hành hệ thống điều hòa không khí mà còn giảm mức độ tiện nghi bên trong.
Điều kiện khí hậu của Việt Nam [7]: Việt Nam chia thành 2 miền rõ rệt là
Miền Bắc và Miền Nam, điều kiện khí hậu của 2 miền khác nhau rất nhiều.
9 Miền Bắc: từ đèo Hải Vân trở ra, có 2 mùa hè và đông rõ rệt. Mùa hè nóng và ẩm, nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất trên 300C, nhiệt độ tối cao trong bóng râm ghi lại được trên 400C. Mùa đông giá rét, ở các vùng Tây Bắc có khi có băng giá, trên núi có thể có tuyết. ở đồng bằng và trung du mùa đông đỡ khắc nghiệt hơn. Tuy nhiên vào mùa đông, do thói quen mặc áo ấm của người
Việt Nam nên có thể lấy nhiệt độ trong nhà trung bình là 200C để làm cơ sở tính toán.
Thông số tính toán ngoài trời cho khu vực Hà Nội :
Mùa nóng Mùa lạnh Cấp điều hòa Nhiệt độ tN Độ ẩm ϕN Nhiệt độ tN Độ ẩm ϕN Cấp 1 41.60C 3.10C Cấp 2 37.20C 8.50C Cấp 3 32.80C 66% 13.80C 64%
9 Miền Nam: Gồm phần lãnh thổ thuộc Tây Nguyên và Nam Bộ. Miền này có khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với hai mùa: mùa khô và mùa mưa (từ tháng 4-5 đến tháng 10-11). Quanh năm, nhiệt độ của miền này cao. Khí hậu miền này ít biến động nhiều trong năm như miền Nam.
Thông số tính toán ngoài trời cho khu vực TP Hồ Chí Minh :
Mùa nóng Mùa lạnh Cấp điều hòa Nhiệt độ tN Độ ẩm ϕN Nhiệt độ tN Độ ẩm ϕN Cấp 1 40.00C Cấp 2 37.30C Cấp 3 34.60C 55% Không có mùa lạnh
Nhìn chung, hệ thống điều hòa không khí có thể được phân loại theo ba nhóm sau:
Hệ thống điều hòa không khí tập trung
Loại cửa sổ hay máy hai cục
Hệ thống trực triếp
Khái quát chung về các chủng loại máy điều hòa không khí hay được sử dụng cho các tòa nhà:
• Hệ thống máy điều hòa hai cục hay còn gọi là hệ máy điều hòa cục bộ[8] là: Loại máy có công suất nhỏ: hệ thống này gồm có 2 cục chính, dàn lạnh hay indoor unit được đặt trong không gian cần sử dụng điều hòa để thực hiện chức năng làm mát và sưởi ấm cho không gian đó tùy vào yêu cầu sử dụng, dàn lạnh đặt
trong nhà có rất nhiều kiểu như dạng tủ, dạng treo tường, dạng áp trần, dạng âm trần nối ống gió và cửa phân phối gió; Còn dàn nóng hay outdoor unit thường được đặt bên ngoài trời (tường ngoài hoặc đặt trên mái) ở những nơi thoáng mát, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời để tạo thuận lợi cho quá trình giải nhiệt dàn ngưng. Phương án này có ưu điểm giá thành hạ và linh hoạt trong đầu tư lắp đặt. Hệ máy này chỉ phù hợp với các công trình nhỏ và thấp tầng. Đối với các công trình lớn, nhà cao tầng ta sẽ gặp khó khăn trong công tác lắp đặt cũng như đảm bảo lắp đặt đúng quy phạm (Chiều dài tối đa của ống đồng nối giữa dàn nóng và dàn lạnh bị hạn chế). Mặt khác việc lắp đặt nhiều máy như vậy sẽ ảnh hưởng tới tính mỹ qua của công trình và rất khó khăn cho công tác bảo dưỡng sau này.
Hình 2.5. Dàn lạnh và dàn nóng máy điều hòa cục bộ
• Hệ thống điều hòa bán trung tâm hay còn gọi là hệ thống điều hòa một mẹ nhiều con VRV( VRF)[8]: Hệ thống này dùng tác nhân lạnh là môi chất lạnh R410A, R410A được máy nén bơm đến các dàn trao đổi nhiệt FCU và thông qua hệ thống quạt gió cấp lạnh cho các phòng và hộ tiêu thụ. Hệ thống này sử dụng
máy nén ứng dụng công nghệ biến tần tiên tiến có thể điều chỉnh tải ở dải rộng, tiết kiệm điện.
Hình 2.6. Sơđồ nguyên lý – hệ thống VRV(VRF)
Công suất các máy trung tâm này không thể chọn tuỳ thích mà chỉ có các loại công suất : 5Hp, 6Hp, 8Hp, 10Hp, 12Hp sau đó tổ hợp các dàn nóng này được các thiết bị có công suất lớn hơn như máy 24Hp là tổ hợp dàn nóng công suất của 2 modul 12Hp, …
Dải công suất lựa chọn dàn nóng: Dải công suất của hệ này từ 5Hp đến 48Hp. Dải công suất mở rộng của dàn nóng có thể đạt tới 135%.( Tỷ lệ công suất giữa dàn lạnh/dàn nóng có thể đạt tới 135%)
Các chủng loại dàn lạnh của hệ máy này rất phong phú về kiểu dáng và công suất:
Cát sét hai chiều thổi Dàn lạnh áp trần
Cát sét bốn chiều thổi Dàn lạnh treo tường
Cát sét một chiều thổi
Dàn lạnh đặt sàn
Máy âm trần loại mỏng
Dàn lạnh giấu sàn
Máy âm trần áp suất trung bình Dàn lạnh loại cassette siêu mỏng
Máy âm trần áp suất tĩnh cao Máy âm trần áp suất tĩnh cao
- Hệ thống điều hoà không khí một mẹ nhiều con VRV (VRF) có nhiều ưu điểm thường sử dụng cho các công trình có khối tích trung bình. Vừa không làm ảnh hưởng đến kiến trúc vừa tiết kiệm chi phí vận hành sau này. Các khu vực có cùng tính năng, cùng tầng sử dụng một hệ. Với hệ máy nén biến tần công suất điện của hệ thống có mức tiêu thụ điện đáp ứng theo công suất đặt.
Nguyên lý hệ thống điều hoà không khí VRV (VRF) gồm cục ngoài (outdoor) qua hệ thống đường ống tải lạnh dẫn dịch tới cục trong (indoor) tại đây môi chất bay hơi trong điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất thấp trở về máy nén nhờ áp lực dư trên đường ống. Hơi gas qua máy nén trở thành khí có áp suất cao, nhiệt độ cao đẩy qua dàn giải nhiệt, van tiết lưu thành dịch có nhiệt độ thấp và áp suất thấp đưa xuống cục trong (indoor). Cứ như vậy vòng tuần hoàn của tác nhân lạnh liên tục trong suốt thời gian vận hành máy. Chính vì vậy, các hãng cung cấp thiết bị lựa chọn tác nhân lạnh có tiêu chuẩn thân thiện với môi trường, đảm bảo yêu cầu vệ sinh như R410a, R407c,..
Hình 2.9. Sơđồ nguyên lý kết nối ống gas hệ thống VRV(VRF)[8]
Hệ thống điều hoà không khí trung tâm một mẹ nhiều con có khả năng hoạt động với nhiều chế độ, nhiều thời gian khác nhau và có khả năng điều chỉnh công suất của hệ từ 10%-135% công suất danh định với nhiều bậc chia nhằm tiết kiệm
năng lượng tiêu thụ thích hợp áp dụng cho các toà nhà cao tầng có nhiều không gian riêng biệt với chức năng và thời gian hoạt động khác nhau với chất lượng cao cấp, có thể đáp ứng nhu cầu điều hòa không khí ngày càng tăng của con người và nhu cầu môi trường tốt trong tương lai.
Các đặc tính của hệ thống điều hoà không khí trung tâm một mẹ nhiều con được sử dụng để lựa chọn thiết kế cho công trình này như sau:
− Tổ hợp máy nén dàn ngưng sử dụng các máy nén biến tần 100% ( Có nghĩa trong 1 tổ hợp dàn nóng bất kỳ thì toàn bộ dàn nóng là biến tần). Tổ hợp có hệ số mở rộng đạt 135% (Hệ số càng lớn thì yếu tố dự phòng càng cao – trong trường hợp không mong muốn, một máy nén biến tần trong hệ thống bị sự cố, các máy nén biến tần còn lại trong tổ hợp đó có thể đáp ứng tối thiểu ≥ 50% công suất của các dàn lạnh trong tổ hợp 10HP và 75% của tổ hợp 48HP).
− Môi chất lạnh phải là môi chất không phá hủy môi trường (R410A).
− Hệ thống có tính năng cân bằng thời gian làm việc của các máy nén trong hệ thống (tránh hiện tượng một máy nén phải làm việc liên tục).
− Có thể tự động giảm ồn vào ban đêm.
− Hệ thống có khả năng tự chuẩn đoán lỗi, sự cố.
− Dòng khởi động của hệ thống càng nhỏ càng tốt (≤5A) để khi có sự cố mất điện nếu toàn bộ hệ thống khởi động lại thì do dòng khởi động thấp sẽ không làm ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ điện khác trong tòa nhà.
− Các dàn lạnh tối thiểu phải có thể đặt chế độ cấp gió ở 3 mức khác nhau: Mức cao – Mức trung bình – Mức thấp và chế độ tự động
− Bộ điều khiển Trung tâm: Có thể kết nối quản lý toàn bộ các dàn lạnh và các dàn nóng của tòa nhà. Từ bộ điều khiển trung tâm này ta có thể kết nối với máy tính (Window XP/VISTA), với hệ thống quản lý năng lượng…Chức năng tối thiểu của bộ điều khiển trung tâm:
∼ Nguồn cấp: 1pha 50/60 Hz 100~240V
∼ Ngôn ngữ : Tiếng Anh
∼ Bật / Tắt
∼ Chế độ hoạt động
∼ Cài đặt nhiệt độ
∼ Cài đặt lưu lượng gió
∼ Cài đặt hướng thổi gió
∼ Báo lỗi
∼ Báo bẩn filter
∼ Đặt lại báo bẩn của Filter
∼ Vận hành độc lập
∼ Kiểm soát các vùng
∼ Chế độ hoạt động chính
∼ Đặt lịch hoạt động theo tuần
∼ Cài đặt chế độ hoạt động trong ngày : 10 lần mỗi ngày (Bật / Tắt, chế độ hoạt động, đặt nhiệt độ, khống chế điều khiển của từng dàn lạnh)
∼ Lập lịch hoạt động
∼ Lập lịch chính
∼ Lịch hóa đơn
∼ Tên thiết bị gặp sự cố
Hình 2.10. Sơđồ nguyên lý kết nối điều khiển hệ VRV(VRF)[8]
− Hệ điều khiển hiện đại, công nghệ biến tần cho phép kết nối tổ hợp Outdoor với max là 64 indoor unit khác nhau về công suất và chủng loại có thể nối chung vào một hệ thống ống dẫn tác nhân đơn giản. Hệ thống tuyến tính mới sử dụng hệ điều khiển PI ( propotional intergral ) để gia tăng sự điều chỉnh nhờ máy nén PC và STANDARD nhằm đưa các bước điều chỉnh công suất xuống cục nhỏ nhất và cung cấp sự điều chỉnh chính xác trong cả khu vực lớn và nhỏ. Do vậy có thể có được sự điều khiển riêng rẽ tới 64 indoor unit với chủng loại và công suất khác nhau ở tỷ lệ 10 –135 % so với công suất của outdoor unit.
− Outdoor, indoor unit, các bộ chia gas, bộ điều khiển cục bộ điều khiển trung tâm được sản xuất đồng bộ cùng một nhà sản xuất với cùng xuất xứ đảm bảo tính đồng bộ và tương thích cao.
− Chiều dài nối ống cho phép: Chiều dài thực: 150m
− Chiều dài tương đương: 175m
− Chênh lệch độ cao tối đa cho phép: Dàn nóng ở trên: 50m
− Dàn núng ở dưới: 40m
− Chiều tương đương dài từ nhánh rẽ đầu tiên (Joint) đến dàn lạnh cuối cùng của một hệ thống tối thiểu là 65m.
− Chênh lệch cao độ tối đa giữa các dàn lạnh là 15 m.
− Có thể tổ hợp công suất dàn lạnh/dàn nóng tối đa là 135%. Thuận tiện cho thiết kế đặc biệt phù hợp cho các khu vực cần điều hòa mà có hệ số hoạt động không đồng thời cao.
− Hoạt động được ở điều kiện nhiệt độ môi trường từ –50C đến + 430C.
− Thiết bị được lắp ráp, căn chỉnh, nạp dầu, nạp gas tại nhà máy.
− Có nhiều kiểu dàn lạnh để lựa chọn, thuận tiện cho việc lựa chọn cũng như thiết kế cho các công trình có nhiều tính năng sử dụng khác nhau.
− Ngoài ra hệ thống được trang bị thêm bộ chia gas và giảm cấp tạo điều kiện thuận tiện cho việc lắp đặt đường ống và làm tăng độ ổn định cho hệ thống.
− Giàn trao đổi nhiệt ngoài trời:
− Điện áp sử dụng 380-415V/3pha/50HZ.
− Quá trình bắt đầu khởi động hoặc khởi động lại máy nén luôn được khởi động ở chế độ khởi động mềm, do đó tránh được dòng khởi động cao, tiết kiệm năng lượng đồng thời tránh xảy ra hiện tượng ngập dịch.
− Trong điều kiện bình thường các máy nén hoạt động hoán đổi tự động để tăng tuổi thọ.
− Khi có sự cố không cần cài đặt lại chế độ Master/Slave hay Emergency mà tiếp tục hoạt độngvới modul không trục trặc.
− Quạt độ ồn thấp, thổi hướng lên, truyền động trực tiếp từ động cơ biến tần DC.
− Có chế độ giảm tốc độ quạt vào ban đêm để giảm tiếng ồn.
− Thiết bị bảo vệ: Sensor nhiệt độ đầu hút, đầu đẩy, quá dòng và bảo vệ áp suất thấp.
− Các dàn lạnh trong nhà
− Các dàn lạnh trong nhà là loại âm trần nối ống gió với quạt gió 3 tốc độ
− Hoạt động êm, thiết kế phẳng, mỏng đễ dàng lắp đặt nơi không gian trần hẹp.
− Hệ thống điều khiển đơn giản, hiện đại, nhiều tính năng:
− Điều khiển nối dây hai lõi. Một bộ điều khiển có thể điều khiển tối đa 8 dàn lạnh trong một nhóm.
− Các dàn lạnh có thể cài đặt chế độ hoạt động theo linh tuần nếu sử dụng bộ điề khiển có “Weekly timer”.
− Có thể vận hành hoạt động của các dàn lạnh từ bộ điều khiển trung tâm.
− Có thể kết nối điều khiển qua mạng: NETWORK control, LONWORKS, BACnet.
Hệ thống có thể kết nối với hệ điều khiển trung tâm sử dụng màn hình cảm biến thuận tiện cho người sử dụng.
• Hệ thống điều hòa trung tâm: gồm 2 kiểu hệ thống:[8]
¾ Hệ ĐHKK trung tâm tải lạnh bằng không khí: Máy chính là loại giải nhiệt bằng gió hay nước đặt ở ngoài trời hay không gian máy. Các máy này làm lạnh không khí sau đó thông qua hệ thống kênh dẫn gió cấp KK lạnh đến các không gian cần điều hòa. Sau khi làm mát các không gian đó KK nóng lên và được hút trở về thiết bị bắt đầu một chu trình mới
¾ Hệ ĐHKK trung tâm tải lạnh bằng nước: Máy chính là loại giải nhiệt bằng gió hay nước đặt ở ngoài trời hay trong nhà. Các máy này sản xuất ra nước lạnh (5 - 7 0C) nước lạnh sẽ được các bơm nước lạnh bơm theo hệ thống đướng ống thép dẫn đến các dàn trao đổi nhiệt - FCU lắp đặt trong các không gian cần điều hòa. Nhờ các FCU này mà không khí trong phòng được làm mát xuống nhiệt độ cần thiết. Nước lạnh nóng lên (10 - 12 0C) được hút tuần hoàn về máy lạnh và bắt đầu một chu trình mới.
Hệ thống điều hoà không khí loại này bao gồm các cụm thiết bị chính sau : Cụm máy nén lạnh bao gồm động cơ, máy nén ly tâm, thiết bị ngưng tụ, bình bay hơi làm lạnh nước, môi chất lạnh và các phụ kiện đi kèm (nguyên cụm) nhằm mục đích làm lạnh chất tải lạnh là nước tuần hoàn trong hệ thống khi vào bình bay hơi (~120C) xuống (~70C) khi ra khỏi bình bay hơi. Cụm máy nén lạnh đạt hiệu suất cao được trang bị các thiết bị điều khiển có khả năng hạn chế dòng khởi động động cơ đồng thời bảo vệ động cơ khỏi các sự cố nguồn do quá áp, thấp áp, đảo pha, mất