VAV (Variable Air Volume) hay Hộp biến đổi lưu lượng gió là một thành phần quan trọng trong hệ thống HVAC, giúp điều chỉnh lưu lượng không khí theo nhu cầu của từng khu vực. Trong bài viết này, KYODO sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VAV, cùng với những lợi ích mà Hộp biến đổi lưu lượng gió mang đến cho các công trình hiện đại.
1. Khái niệm về VAV Box
VAV – Variable Air Volume, được hiểu là hệ thống biến đổi lưu lượng gió. VAV Box có khả năng tự động điều chỉnh lưu lượng khí cấp vào từng khu vực để đáp ứng nhu cầu nhiệt độ cụ thể, đồng thời duy trì hiệu suất hoạt động cho toàn hệ thống. Điều này trái ngược với hệ thống CAV (Constant Air Volume) – duy trì lưu lượng gió không đổi.
Mỗi khu vực trong tòa nhà có nhiệt độ và yêu cầu riêng, do đó hệ thống VAV thường được lắp đặt phổ biến trong các tòa nhà thương mại.
Xem thêm: Tiêu chuẩn nhiệt độ trong hệ HVAC
Phân loại hệ thống VAV
Hệ thống VAV được phân loại dựa vào khả năng hoạt động của hộp biến đổi lưu lượng gió đối với sự thay đổi áp suất đầu vào.
Loại hộp VAV phụ thuộc áp suất, lưu lượng gió qua hộp sẽ thay đổi theo áp suất đường ống, dẫn đến sự dao động về nhiệt độ và có thể gây tiếng ồn do van điều tiết chỉ nhận tín hiệu từ nhiệt độ; vì vậy phương án này ít được ứng dụng trong các công trình hiện đại.
Loại hộp VAV độc lập áp suất được trang bị bộ điều khiển lưu lượng giúp duy trì lưu lượng ổn định bất kể áp suất đầu vào biến động. Nhờ đó mang lại hiệu quả phân phối khí đồng đều và tạo sự thoải mái hơn cho người sử dụng, nên đây là lựa chọn phổ biến hơn trong thiết kế HVAC.
Ngoài ra, còn có các hệ thống VAV tích hợp chức năng sưởi như:
- VAV kết hợp coil nước nóng sử dụng nước nóng để cấp nhiệt
- VAV kết hợp điện trở sưởi gia nhiệt bằng điện trở
- Fan Powered VAV (song song hoặc nối tiếp) có quạt hỗ trợ phân phối gió, có thể kết hợp coil nước nóng hoặc điện trở sưởi để tăng hiệu quả gia nhiệt
Chế độ điều khiển của VAV Box
- Làm mát: Điều chỉnh van theo nhiệt độ, thay đổi giữa lưu lượng tối thiểu và tối đa.
- Hâm nóng điện theo giai đoạn: Bộ gia nhiệt bật/tắt lần lượt theo mức nhiệt.
- Làm mát bằng bộ hâm nóng điều biến: Cuộn nước nóng hoặc điện trở được điều khiển điều biến; van điều biến dần, tăng nhiệt độ khí cấp theo nhu cầu.
- Làm mát bằng quạt hướng dòng: Quạt chạy cùng AHU, hoạt động khi nhiệt độ thấp hơn ngưỡng đặt sưởi.
- Làm mát bằng quạt song song: Quạt bổ sung gió hồi, hỗ trợ giữ lưu lượng và nhiệt độ tối thiểu.
2. Cấu tạo cơ bản của VAV Box
Hộp biến đổi lưu lượng gió thường có dạng hình vuông hoặc chữ nhật, bên trong chứa một van điều tiết có thể đóng hoặc mở để kiểm soát lưu lượng không khí cung cấp.
Hộp VAV được trang bị bộ truyền động tự động, đảm nhận nhiệm vụ điều chỉnh vị trí của van điều tiết nhằm thay đổi lưu lượng không khí theo yêu cầu. Ở phía đối diện, hộp được tích hợp một bộ điều nhiệt có dây, gắn trên tường ở vị trí thuận tiện để người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh. Bộ điều nhiệt này giúp kiểm soát luồng không khí theo nhu cầu cụ thể của từng không gian.
Các thành phần chính của VAV Box bao gồm:
- Cảm biến luồng không khí: Đo và điều chỉnh vị trí của van điều tiết dựa trên tốc độ dòng khí cần duy trì, cho dù là dòng tối đa, tối thiểu hoặc ổn định, bất kể áp suất ống dẫn có biến động.
- Van điều tiết (Damper): Điều chỉnh lưu lượng không khí dựa trên đầu vào từ cảm biến và yêu cầu nhiệt độ của khu vực.
- Quạt: Một số hộp được tích hợp quạt để tăng tốc dòng không khí từ ống dẫn (quạt nối tiếp) hoặc đáp ứng thêm nhu cầu về gia nhiệt (quạt song song).
- Bộ lọc (với hộp VAV có quạt): Thường được lắp đặt để lọc không khí nếu quạt hút khí từ khoang chứa hoặc nguồn gió hồi.
- Cuộn dây gia nhiệt: Đây là phụ kiện tùy chọn giúp tăng nhiệt độ cho không khí thoát ra từ hộp.
- Hệ thống điều khiển: Tùy thuộc vào loại hệ thống, điều khiển VAV có thể là dạng khí nén, điện tử hoặc kỹ thuật số. Bộ điều khiển dựa vào dữ liệu từ cảm biến luồng không khí và cảm biến nhiệt độ để điều chỉnh vị trí van điều tiết, đảm bảo đáp ứng yêu cầu nhiệt độ của khu vực một cách chính xác và hiệu quả.
3. Hộp biến đổi lưu lượng gió trong hệ HVAC
Khi không sử dụng hộp VAV
Trong các hệ thống HVAC không có Hộp biến đổi lưu lượng gió lượng không khí cung cấp đến từng phòng hoặc khu vực trong tòa nhà là cố định. Nhà thầu sẽ phải điều chỉnh lưu lượng không khí theo các thông số do đơn vị thiết kế tính toán và ước lượng trong giai đoạn thiết kế, đáp ứng yêu cầu về tải làm mát hoặc sưởi ấm. Ví dụ, một phòng yêu cầu công suất làm mát 9000 BTU sẽ cần lưu lượng gió khoảng 250 CFM.
Tuy nhiên, các thông số này chỉ mang tính lý thuyết, vì nhiều yếu tố thực tế khi vận hành có thể làm thay đổi nhu cầu thực tế của từng khu vực. Các yếu tố như thiết bị sinh nhiệt hoặc sự gia tăng số lượng người trong một không gian (chẳng hạn như trong trung tâm thương mại) thường không thể lường trước chính xác từ giai đoạn thiết kế.
Vậy nên, dù hệ thống đã được cân bằng, vẫn có thể xuất hiện các vấn đề nhiệt độ trong một số khu vực, chẳng hạn như phòng quá lạnh hoặc không đủ mát do số lượng người vượt quá dự kiến. Vì lưu lượng khí không thể thay đổi theo thời gian thực, các phòng sẽ không đạt hiệu suất làm mát hoặc sưởi ấm như yêu cầu thực tế.
Khi sử dụng hợp VAV
Việc tích hợp VAV Box vào hệ thống HVAC cho phép điều chỉnh lưu lượng không khí phù hợp với nhu cầu cụ thể của từng phòng, từ đó đáp ứng các yêu cầu khác nhau về nhiệt độ và luồng không khí.
Hộp biến đổi lưu lượng gió được lắp đặt tại các nhánh ống dẫn chính, phục vụ cho từng khu vực riêng biệt (một phòng hoặc nhóm phòng). Nhờ vậy, lưu lượng không khí và nhiệt độ trong mỗi phòng có thể được điều chỉnh riêng lẻ, đảm bảo mức độ thoải mái tối ưu cho người sử dụng. Đồng thời, toàn bộ hệ thống HVAC hoạt động hiệu quả hơn, mang lại lợi ích tiết kiệm năng lượng và cải thiện hiệu suất.
4. Hộp biến đổi lưu lượng gió hoạt động như thế nào?
VAV hoạt động dựa trên nguyên lý điều chỉnh lưu lượng không khí để đáp ứng nhu cầu nhiệt độ trong từng không gian. Cụ thể, quy trình hoạt động của Hộp biến đổi lưu lượng khí như sau:
- Dòng không khí vào: Không khí được cung cấp vào hộp thường có nhiệt độ khoảng 13°C (tương đương 55°F). Nhiệt độ này có thể được thiết lập và điều chỉnh thông qua hệ thống quản lý tòa nhà (BMS – Building Management System).
- Điều chỉnh nhiệt độ: Nếu nhiệt độ không khí vào thấp hơn mức cài đặt mong muốn, cuộn dây sưởi điện sẽ được kích hoạt để làm nóng dòng không khí trước khi đưa vào không gian. Thiết bị làm nóng này thường là một phần mở rộng được lắp đặt riêng trên các Hộp biến đổi lưu lượng khí.
- Cảm biến lưu lượng không khí: Các cảm biến nằm ở đầu vào để đo lường áp suất và thay đổi dòng khí. Dựa vào thông tin này, thiết bị có thể tính toán tốc độ trung bình và lưu lượng dòng chảy đang đi qua.
- Van điều tiết: Van điều tiết của Hộp biến đổi lưu lượng khí không bao giờ hoàn toàn đóng kín, nhằm duy trì một lượng không khí nhất định cho không gian. Khi nhiệt độ trong phòng đột ngột tăng cao hơn mức mong muốn, van điều tiết sẽ tự động mở để tăng lưu lượng không khí vào, nhanh chóng làm mát không gian
- Thay thế không khí nóng: Khi lưu lượng không khí tăng lên, không khí nóng trong phòng sẽ được thay thế nhanh chóng bởi không khí mát từ Hộp biến đổi lưu lượng khí. Đồng thời, không khí nóng sẽ được đẩy ra ngoài qua ống dẫn khí trở lại hệ thống thông gió.
5. So sánh VAV và CAV – Đâu là lựa chọn phù hợp?
VAV và CAV đều là hộp cuối đường ống (terminal unit) để phân phối gió cho từng phòng/zone. Mục tiêu chung là bảo đảm nhiệt độ, lưu lượng tối thiểu thông gió và (nếu có yêu cầu) chênh áp giữa các khu vực.
Dưới đây là bảng so sánh VAV Box và CAV Box
| Tiêu chí | CAV Box (lưu lượng cố định) | VAV Box (lưu lượng biến thiên) |
|---|---|---|
| Nguyên lý điều khiển | Gió không đổi, điều nhiệt chủ yếu bằng coil/reheat | Giữ nhiệt độ bằng thay đổi CFM theo tải |
| Ổn định khi tải thay đổi | Dễ quá lạnh/quá nóng | Ổn định hơn theo từng phòng/zone |
| Khả năng linh hoạt | Không linh hoạt, không thể đáp ứng thay đổi về nhiệt độ hoặc số lượng người trong phòng. | Có khả năng điều chỉnh nhanh chóng theo yêu cầu cụ thể của từng khu vực. |
| Chất lượng không khí | Có thể gặp vấn đề về chất lượng không khí nếu nhu cầu thay đổi. | Cải thiện chất lượng không khí nhờ khả năng điều chỉnh liên tục. |
| Zoning & ứng dụng | Hợp mặt bằng đơn chức năng. Các không gian có yêu cầu về nhiệt độ không thay đổi, như kho chứa hoặc nhà máy sản xuất. | Đa zone, tải biến thiên (văn phòng, TTTM, bệnh viện…) |
| Chi phí lắp đặt | Chi phí lắp đặt thấp hơn, dễ dàng hơn trong việc thiết kế và thi công. | Chi phí lắp đặt cao hơn do yêu cầu thiết bị và điều khiển phức tạp hơn. |
Việc lựa chọn giữa VAV và CAV phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể của không gian và yêu cầu về hiệu quả năng lượng, chi phí đầu tư và sự thoải mái của người sử dụng. VAV thường là sự lựa chọn tối ưu cho các môi trường thương mại, trong khi CAV có thể phù hợp hơn cho những không gian yêu cầu ổn định.
