hiendaihoa.com

VRF là gì? VRF là viết tắt của các chữ tiếng Anh: Variable Refrirerant Flow (Lưu lượng môi chất lạnh điều chỉnh được)

Nguyễn Thanh Lương

Tại sao phải đạt được VRF trong ĐHKK?

Như chúng ta đều biết, ĐHKK hoạt động dựa trên một nguyên lý hết sức cơ bản của tự nhiên: vật chất khi bay hơi sẽ hút nhiệt của môi trường xung quanh. Ví dụ ta cảm thấy mát khi tắm xong vì bởi hơi nước đọng lại trên da bay hơi và hút nhiệt, hoặc một phản xạ vô điều kiện của con người là toát mồ hôi khi trời nóng mồ hôi khi bay hơi sẽ hút nhiệt và làm nhiệt độ cơ thể giảm xuống...

Nhiệt độ trong phòng có đặt dàn lạnh của máy ĐHKK giảm xuống được là nhờ có môi chất trong dàn lạnh bay hơi và hút nhiệt. Việc phòng lạnh nhiều hay ít, nhanh hay chậm, có đạt được nhiệt độ đặt hay không, sẽ phụ thuộc vào lượng môi chất bay hơi nhiều hay ít theo một đơn vị thời gian hay còn gọi là lưu lượng.

Chúng ta hãy cùng xem xét một ví dụ có ba văn phòng giống nhau được lắp đặt ba hệ thống điều hòa khác nhau:

- Văn phòng 1: lắp máy điều hòa nhiệt độ dạng cục bộ, một dàn nóng một dàn lạnh. Khi nhiệt độ trong phòng hạ xuống nhiệt độ đặt, máy nén sẽ ngừng hoạt động. Khi nhiệt độ trong phòng tăng, máy nén lại tiếp tục hoạt động để việc tuần hoàn môi chất được tiếp tục.

- Văn phòng 2: lắp máy điều hòa không khí trung tâm (Chiller), giải nhiệt nước hoặc gió, sử dụng môi chất trung gian là nước, hiện tượng cũng xảy ra tương tự đối với các dàn lạnh và máy nén.

- Văn phòng 3: lắp máy ĐHNĐ dạng VRF, một dàn nóng, nhiều dàn lạnh. Khi nhiệt độ trong phòng giảm xuống nhiệt độ đặt, máy ĐHNĐ sẽ giảm lưu lượng môi chất hay giảm công suất của máy nén. Lúc này hệ VRF chỉ chạy để bù vào lượng nhiệt phát sinh thêm do đóng/ mở cửa, sự hô hấp và tỏa nhiệt của con người, máy móc...

Như vậy chúng ta thấy rằng tại văn phòng 1 & 2, máy nén luôn phải ở chế độ hoặc là chạy đầy tải, hoặc là dừng hẳn và đặc biệt là phải Start/ stop nhiều lần.

Tại văn phòng 3, máy nén chạy với công suất thay đổi, tùy theo tải và tránh được hiện tượng Start/ stop nhiều lần.

Chúng ta đều biết rằng máy nén là bộ phận tiêu thụ điện nhiều nhất và chiếm một tỷ lệ khá cao về giá thành trong một hệ thống ĐHKK.

Việc Start/ stop nhiều lần máy nén sẽ gây ra tổn hao năng lượng và làm giảm tuổi thọ của máy nén (và các thiết bị khác).

Vì vậy, người ta nói rằng máy điều hòa không khí áp dụng công nghệ VRF sẽ tiết kiệm hơn.

Hình 1: so sánh mức độ tiêu thụ năng lượng của ba trường hợp: cục bộ, VRF và Chiller

Đạt được VRF như thế nào?

Trong trường hợp văn phòng 1, lắp máy cục bộ như đã nói ở trên, môi chất qua dàn lạnh thường là loại môi chất R22. Lưu lượng môi chất này sẽ không đổi và dao động xung quanh lưu lượng môi chất định mức thiết kế khi dàn lạnh hoạt động. Việc giữ cho lưu lượng môi chất lạnh không đổi là nhờ máy nén (lốc) hoạt động ở một tần suất không đổi do đó giữ áp suất/lưu lượng trong đường ống gas/môi chất lỏng không đổi. Khi đạt đựơc nhiệt độ phòng yêu cầu, máy nén sẽ tắt. Như vậy máy nén sẽ luôn phải hoạt động ở chế độ đầy tải (lưu lượng không đổi) hoặc dừng hẳn (stop). Máy nén sẽ phải start/ stop nhiều lần, gây ra tổn hao năng lượng và làm giảm tuổi thọ của thiết bị như dã nói ở trên.

Trong trường hợp văn phòng 2, lắp hệ thống ĐHKK trung tâm (Chiller), dùng môi chất trung gian là nước, làm mát môi chất gas bằng nước hoặc bằng gió (gọi là Chiller giải nhiệt nước hay Chiller giải nhiệt gió), tình hình cũng diễn ra tương tự: lưu lượng môi chất làm mát (nước) qua dàn lạnh luôn không đổi trong thời gian dàn lạnh vận hành. Hệ thống thiết bị phải hoạt động ở hoặc ở chế độ định mức khắc nghiệt để duy trì lưu lượng không đổi hoặc là dừng hẳn.

Trong trường hợp văn phòng 3, lắp đặt hệ thống VRF, một dàn nóng nhiều dàn lạnh, máy nén và toàn bộ hệ thống sẽ thay đổi tùy theo tải thực tế và tránh đuợc hiện tượng Start/ stop nhiều lần.

Như vậy thực tế công nghệ VRF là giải quyết được việc hệ thống điều hòa không khí cần phải thay đổi lưu lượng môi chất khi tải thay đổi, thực chất là chỉ hoạt động để bù vào việc tải nhiệt thay đổi tổn thất nhiệt và nhiệt phát sinh. Điều này vừa giảm tải cho máy nén, vừa tránh được việc start/ stop nhiều lần.

Việc đạt được tiêu chí VRF dựa trên hai mấu chốt:

1. Dùng động cơ bước cho van điều chỉnh điện tử tuyến tính ở dàn lạnh (LEV).
2. Dùng mạch thay đổi tần số để thay đổi tần số của máy nén ở dàn nóng (Biến tần).

1. LEV:

Đối với dạng máy VRF, khi tải thay đổi, lưu lượng của dàn lạnh sẽ thay đổi theo. Điều này được thực hiện nhờ một thiết bị gọi là van Van điều chỉnh điện tử tuyến tính-LEV (Linear Electronic Valve).

Hình 2- LEV

LEV thực hiện việc điều chỉnh lưulượng bằng cách điều chỉnh độ mở từ 0% (đóng) cho đến 100% (mở hoàn toàn). Việc điều chỉnh LEV từ 0% đến 100% được thực hiện nhờ một động cơ bước (step motor) với 2000 bước, như vậy tương ứng với mỗi bước, LEV thay đổi được 0,05%. Chính vì đạt được số lượng bước lớn và các bậc nhỏ như vậy nên van này được gọi là tuyến tính (Linear). Số bước càng lớn, van càng có khả năng điều chỉnh trơn hơn hay còn gọi là tuyến tính hơn. Van càng tuyến tính thì việc điều chỉnh lưu lượng càng chính xác hay sát với nhiệt độ yêu cầu hơn. Đây cũng là một chỉ tiêu quan trọng khi đánh giá chất lượng của một hệ thống ĐHNĐ dạng VRF.

2. Biến tần

Việc điều chỉnh lưu lượng không chỉ nhờ vào LEV mà còn nhờ vào mạch biến tần của nguồn điện vào máy nén.

Đối với hệ thống ĐHKK thông thường, tốc độ của máy nén luôn không đổi (constant speed) bởi vì tần số của nguồn điện luôn không đổi. Ngoài ra dàn lạnh của ĐHKK thông thường cũng không có LEV nên dẫn đến việc là lưu lượng môi chất không điều chỉnh được.

Đối với hệ thống VRF, ở dàn nóng sẽ có một mạch biến đổi tần số

Mạch biến đổi tần số này, dựa vào một số thông tin đầu vào như độ mở của LEV, áp suất môi chất ... để đưa ra quyết định máy nén chạy ở tốc độ nào, thể hiện bằng việc cung cấp một tần số nhất định cho máy nén.

Việc điều chỉnh tần số, tương tự như việc điều chỉnh độ mở của LEV, cũng theo các bước (step). Trong phạm vi tần số điều chỉnh, nếu số bậc càng lớn, sự điều chỉnh sẽ càng trơn. Phạm vi điều chỉnh tần số và số bước là các tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lương điều khiển của hệ thống ĐHKK VRF. Hệ VRF của hãng Mitsubishi Electric điều chỉnh tần số trong phạm vi từ 20 Hz đến 105 Hz, thông qua 85 bậc, mỗi bậc tương ứng với 1Hz (gần như tuyến tính).

Hình 4- Đường cong điều chỉnh tần số-công suất

Hệ VRF được điều khiển thông minh như thế nào?

Như đã trình bày ở trên, việc đạt được công nghệ VRF cùng với những ích lợi của nó là nhờ áp dụng tiến bộ của tự động hóa vào việc điều khiển thiết bị. Ngoài tiện ích là tiết kiệm điện ra, việc điều khiển, giám sát và kết nối với các hệ thống thông minh khác cũng rất tiện lợi.

Hình 5,6: Hệ thống điều khiển và kết nối của hệ thống ĐHKK VRF

Vói cấu hình như hình 4, 5, hệ thống VRF có thể đạt được các yêu cầu sau:

- Điều khiển hoạt động của từng hệ thống, đến từng dàn lạnh (bật, tắt, đặt nhiệt độ, đặt lịch bật/ tắt...)

- Hiển thị, giám sát hoạt động của hệ thống: có thể biết được tình trạng hoạt động của từng thiết bị (đang bật hay tắt, tắt khi nào, đặt bao giờ bật lại...)

- Hiển thị lỗi (lỗi xảy ra với dàn nóng/ dàn lạnh nào, lỗi gì, khi nào, phục hồi khi nào...)

- Tính toán, hiển thị mức tiêu thụ điện của từng dàn lạnh và từng thuê bao.

- Thu nhận tín hiệu từ các đối lưọng khác (như báo cháy, an ninh...), cung cấp tín hiệu ra ngoài.

- Kết nối với hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building management system)

- Việc truy cập có thể tiến hành trực tiếp qua dây điều khiển hoặc qua mạng internet, có dây hoặc không dây.

Kết luận:

Trong xu hướng sử dụng năng lượng tiết kiệm trên thế giới như hiện nay và trong tình trạng khan hiếm về nguồn điện như ở Việt Nam, việc sử dụng hệ thống điều hòa không khí tiêt kiệm năng lượng và điều khiển thông minh như hê thống ĐHKK VRF cảu hãng Mitsubishi Electric là một giải pháp đúng đắn. Sử dụng điện tiết kiệm không những có lợi cho cá nhân, cho doanh nghiệp, cho chính phủ mà còn mang lại lợi ích cho cả cộng đồng.

HIENDAIHOA.COM(theo: Tạp chí TĐHNN)