Giới thiệu chung về các hệ thống điều hòa không khí

Hiện nay, các hệ thống ĐHKK rất đa dạng, tuỳ vào các yêu cầu cụ thể mà nhà thiết kế có thể lựa chọn hệ thống ĐHKK phù hợp, có thể đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, tính kinh tế về vốn đầu tư và các chi phí vận hành.

Chúng ta sẽ xem xét các hệ thống điều hoà không khí cơ bản dưới đây:

– Hệ thống điều hoà không khí cục bộ (Split air conditionner).

– Hệ thống điều hoà không khí trung tâm làm lạnh nước (hệ Water cooled water chiller)

– Hệ thống điều hoà không khí trung tâm kiểu VRV sử dụng biến tần (Variable Refrigeration Volume)

1 – Hệ thống ĐHKK cục bộ:

Hệ thống này gồm các máy cục bộ đơn chiếc được lắp đặt cho các khu vực điều hoà đơn lẻ. Máy cục bộ gồm 2 khối là:

a/ Khối nóng (OUTDOOR) đặt ngoài khu vực điều hoà.

b/ Khối lạnh (INDOOR) là phần phát lạnh được đặt trong khu vực điều hoà.

Đặc điểm của hệ thống này :

– Loại máy nhỏ (máy dân dụng), công suất thường từ 9.000 – 96.000Btu/h.

– Lắp đặt nhanh, dễ dàng và không đòi hỏi kỹ thuật cao.

– Sử dụng đơn giản, không bị ảnh hưởng của các máy khác trong hệ thống.

– Bảo dưỡng, sửa chữa đơn giản và độc lập từng máy.

– Việc lắp đặt rời rạc các OUTDOOR ở trên tường ngoài nhà sẽ làm ảnh hưởng đến kết cấu kiến trúc của toàn bộ toà nhà. (Việc treo các OUTDOOR thông thường phải treo phía tường ngoài nhà để đảm bảo độ khảng cách nối INDOOR với OUTDOOR trong giới hạn tiêu chuẩn).

– Do INDOOR và OUTDOOR nối với nhau bằng ống GAS, trong trường hợp máy bị dò GAS gây ảnh hưởng tới sức khoẻ của con người và ảnh hưởng đến môi trường (làm phá hủy tầng OZONE).

– Đối với hệ thống máy cục bộ, việc cung cấp khí tươi cho phòng thường là cấp trực tiếp bằng quạt gió. Do vậy, không khí không được xử lý bụi, ẩm và thường tạo lên sự chênh lệch nhiệt độ cao giữa luồng khí cấp bổ xung và luồng khí cấp lạnh của INDOOR, gây cảm giác khó chịu cho con người trong phòng điều hòa.

– Khả năng bố trí các INDOOR trong phòng để đảm bảo độ khuyếch tán đồng đều bị hạn chế.

– Hiệu suất hoạt động của máy ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ bên ngoài. Đặc biệt khi nhiệt độ không khí bên ngoài cao thì hiệu suất làm việc của máy giảm đáng kể. Nhiệt độ ngoài trời cao, khả năng trao đổi nhiệt của dàn nóng thấp, INDOOR phát ra công suất lạnh thấp, máy ở tình trạng quá tải.

– Hệ số tiêu thụ điện năng lớn, chi phí vận hành cao.

– Độ bền và tuổi thọ sử dụng không cao (khoảng 5…6 năm).

– Thường áp dụng cho những công trình nhỏ, đơn giản, không yêu cầu các thông số môi trường đặc biệt.

2 – Hệ thống ĐHKK trung tâm

Hệ thống này gồm một hay nhiều máy trung tâm phối hợp thành một hệ thống tổng thể phân phối lạnh cho toàn bộ các khu vực trong toà nhà. Hệ thống điều hoà trung tâm sử dụng nước làm tác nhân lạnh thông qua hệ thống đường ống dẫn nước vào các dàn trao đổi nhiệt để làm lạnh không khí.

Hệ thống máy lạnh trung tâm bao gồm các phần chính :

a/ Máy lạnh trung tâm (CHILLER): Là thiết bị sản xuất ra nước lạnh qua hệ thống đường ống dẫn, cung cấp cho các dàn trao đổi nhiệt lắp đặt trong các không gian điều hoà để làm lạnh không khí.

b/ Các dàn trao đổi nhiệt (FAN COIL UNITs – FCUs): Là các thiết bị đặt tại các khu vực cần điều hoà (công suất các dàn trao đổi nhiệt được chọn dựa vào công suất lạnh yêu cầu của phòng mà lắp các loại khác nhau). Tại đây, nước lạnh từ máy lạnh đi qua dàn lạnh để trao đổi nhiệt với không khí trong phòng và thực hiện chức năng làm lạnh.

c/ Tháp giải nhiệt và bơm nước: Thực hiện chức năng giải phóng năng lượng nhiệt của bình ngưng (máy lạnh) sau khi máy lạnh thực hiện công làm lạnh nước trong bình bay hơi.

d/ Hệ thống đường ống và bơm nước cấp lạnh: Là hệ thống phân phối nước lạnh từ máy lạnh trung tâm đến các dàn trao đổi nhiệt FCU.

e/ Hệ thống đường ống phân phối không khí lạnh: Là hệ thống phân phối không khí lạnh từ các FCU qua các miệng thổi tới các khu vực cần điều hoà.

f/ Hệ thống điện điều khiển: Là hệ thống điều khiển khống chế liên động các thiết bị trong hệ thống (Máy lạnh, FCU, Bơm nước và tháp giải nhiệt).

Đặc điểm của hệ thống này:

– Máy lạnh trung tâm có thể đặt trên tầng mái hay trong phòng kỹ thuật tầng hầm. Các dàn trao đổi nhiệt được đặt trong các phòng điều hoà (thông thường là các loại dàn đặt trong trần giả, được phân phối không khí lạnh thông qua đường ống gió và các cửa thổi đặt trong trần). Hệ thống đường ống nước lạnh phân phối cho các dàn trao đổi nhiệt được đi trong hộp kỹ thuật và trên trần giả. Vì vậy, việc lắp đặt hệ thống không làm ảnh hưởng đến kết cấu kiến trúc của công trình.

– Việc cấp lạnh được thông qua hệ thống ống gió và các miệng thổi từ trên trần xuống các khu vực của phòng điều hoà. Do đó, việc bố trí các miệng thổi để đảm bảo khả năng khuyếch tán đều không khí lạnh trong phòng là hoàn toàn có thể thực hiện được.

– Đối với hệ thống trung tâm, việc cấp bổ xung khí tươi rất đơn giản. Bằng cách thông qua hệ thống ống gió lắp, các thiết bị hoà trộn không khí AHU cấp không khí tươi vào và hoà trộn với không khí hồi về của mỗi FCU, AHU (điều này đối với các máy cục bộ khó có thể thực hiện được).

– Do hệ thống giải nhiệt bằng nước nên trong quá trình hoạt động máy lạnh chạy ổn định, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ bên ngoài.

– Hệ số tiêu thụ điện năng thấp. Hơn nữa, khả năng điều chỉnh công suất của hệ thống tốt. Do đó, trong quá trình vận hành máy lạnh sẽ tự động điều chỉnh công suất máy nén để đảm bảo giảm tối thiểu chi phí điện năng trong quá trình vận hành hệ thống. Điều này giảm đáng kể chi phí vận hành cho toàn bộ hệ thống.

– Độ bền và tuổi thọ cao (trên 15 năm).

– Có dải công suất để lựa chọn rộng, có thể chọn loại máy với công suất phù hợp với các loại công trình thiết kế và đầu tư mở rộng hệ thống dễ dàng.

Hiện nay, trong lĩnh vực điều hoà không khí có khá nhiều hệ thống được sử dụng cho các công trình có mục đích sử dụng khác nhau và đặc điểm kiến trúc khác nhau. Có thể phân biệt các hệ thống này thông qua một số đặc điểm. Tuy nhiên, có thể khái quát thành một số hệ thống cơ bản:

• Hệ thống làm lạnh bằng nước:
  
  Bao gồm:

– Hệ thống làm lạnh bằng nước, giải nhiệt dàn ngưng bằng nước.

– Hệ thống làm lạnh bằng nước, giải nhiệt dàn ngưng bằng gió.

Trong hệ thống này bao gồm các thiết bị chính như: máy lạnh trung tâm, các dàn trao đổi nhiệt, thiết bị giải nhiệt dàn ngưng, các bơm nước, …….

Nước lạnh sản xuất ra tại các máy lạnh trung tâm được cấp tới các dàn trao đổi nhiệt đặt tại các không gian điều hoà. Tại đây, nước đóng vai trò là tác nhân trao đổi nhiệt, thực hiện quá trình nhận nhiệt từ môi trường trong phòng, làm giảm (tăng) nhiệt độ, độ ẩm trong phòng. Sau khi thực hiện xong quá trình này, nước lại tuần hoàn về máy lạnh trung tâm và tiếp tục một chu trình mới.

Hệ thống này phù hợp với những yêu cầu điều hoà cho các không gian khác nhau có chế độ nhiệt độ – độ ẩm khác nhau.( ở mỗi không gian riêng biệt ta có thể lựa chọn một nhiệt độ – độ ẩm tuỳ thích, tuỳ thuộc vào cách khống chế tại không gian đó)

Yêu cầu về không gian lắp đặt cho hệ thống này không cao lắm. Khoảng cách giữa trần giả và đáy dầm khoảng từ 100 – 200 mm là có thể thực hiện được.

• Hệ thống làm lạnh bằng gió:

Bao gồm :

– Hệ thống làm lạnh bằng gió, giải nhiệt dàn ngưng bằng nước.

– Hệ thống làm lạnh bằng gió, giải nhiệt dàn ngưng bằng gió

Trong hệ thống này bao gồm các thiết bị chính như : máy lạnh trung tâm, các kênh dẫn gió và phân phối gió lạnh, thiết bị giải nhiệt dàn ngưng …….

Khác với hệ thứ nhất, ở hệ này, máy lạnh trung tâm sản xuất ra gió lạnh và cấp tới các không gian điều hoà qua các kênh dẫn gió. Tại đây, gió lạnh đóng vai trò là tác nhân trao đổi nhiệt thực hiện quá trình nhận nhiệt từ môi trường trong phòng, làm giảm (tăng) nhiệt độ, độ ẩm trong phòng. Sau khi thực hiện xong quá trình này, gió lạnh lại tuần hoàn về máy lạnh trung tâm qua một kênh dẫn gió khác (hoặc hồi trực tiếp về buồng máy) và tiếp tục một chu trình mới.

3 – Hệ thống điều hoà không khí biến tần (VRV)

Hệ thống điều hoà không khí biến tần được cấu thành bởi một hoặc nhiều hệ thống nhỏ hơn. Mỗi hệ thống nhỏ đó bao gồm 1 outdoor unit nối với nhiều indoor unit thông qua một tuyến đường ống gas và hệ thống điều khiển. Hệ thống điều hoà biến tần khác với hệ thống điều hoà một mẹ nhiều con ở chỗ: Ở máy điều hoà một mẹ nhiều con, mỗi indoor unit nối với outdoor unit bằng một tuyến ống gas riêng biệt; Ở máy điều hoà biến tần, các indoor unit nối với outdoor unit bằng một tuyến đường ống gas chung.

Sử dụng hệ thống điều hoà biến tần khi công trình có hệ số sử dụng không đồng thời lớn, hệ thống điều hoà biến tần sẽ tiết kiệm được điện năng tiêu thụ do có khả năng điều chỉnh dải công suất lớn (10% – 100%).

Mức độ hiện đại hoá, tiện nghi, tính linh động cao. Có thể vừa điều khiển cục bộ tạo từng phòng vừa điều khiển trung tâm. Hệ thống có thể kết nối vào hệ thống điều khiển chung của toà nhà thông qua máy tính.

Thiết bị gọn nhẹ, chi phí vận hành không lớn.

Lắp đặt đơn giản, ít làm ảnh hưởng đến các hệ thống thiết bị khác và ít ảnh hưởng đến tiến độ thi công công trình.

Tuy nhiên, hệ thống cũng có nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với các hệ thống khác nhưng độ tin cậy, hiệu quả và tính tiện dụng lại tăng lên rất nhiều.

Máy điều hoà hệ VRV có 3 kiểu giàn nóng: Loại 1 chiều, loại 2 chiều bơm nhiệt và loại 2 thu hồi nhiệt. Các giàn lạnh gồm có 9 loại với năng suất lạnh khác nhau:

– Loại âm trần cassette 4 hướng thổi
– Loại âm trần cassette 2 hướng thổi.
– Loại âm trần cassette 1 hướng thổi.
– Loại âm trần nối ống gió áp suất tĩnh
– Loại âm trần nối ống gió áp suất cao
– Loại âm trần nối ống gió dạng mỏng
– Loại áp trần
– Loại đặt sàn.
– Loại treo tường.