Có một tình huống khá quen thuộc khi nghiệm thu hệ thống HVAC: quạt đã chọn đúng lưu lượng, motor đủ công suất nhưng các cửa gió cuối tuyến vẫn yếu. Kỹ thuật tăng tốc quạt để “bù gió”, lưu lượng có cải thiện nhưng tiếng ồn tăng, quạt chạy nặng hơn và điện năng tiêu thụ cũng có xu hướng tăng theo.
Khi kiểm tra lại tuyến ống, không ít người lập tức nghi ngờ hàng loạt co 90° ống gió là thủ phạm.
Nhận định này có cơ sở, nhưng chưa hoàn toàn chính xác. Co 90° thực sự tạo ra tổn thất áp suất, song mức ảnh hưởng còn phụ thuộc vào vận tốc dòng khí, hình dạng co, cách bố trí fitting và toàn bộ cấu hình của hệ thống ống gió.
Co 90° có thực sự làm hệ thống HVAC tốn điện?
Câu trả lời ngắn gọn là có ảnh hưởng, nhưng không thể chỉ đếm số lượng co để kết luận hệ thống tốn điện nhiều hay ít.
Khi không khí đi qua một đoạn ống thẳng, dòng khí đã phải thắng ma sát với thành ống. Khi gặp co, tê, van, đoạn chuyển tiết diện hoặc các fitting khác, hệ thống phát sinh thêm tổn thất cục bộ.
Về nguyên lý, tổn thất tổng áp qua fitting có thể biểu diễn:
ΔPt = C × Pv
Trong đó:
Đây là lý do không nên áp dụng một con số cố định kiểu “mỗi co 90° làm tăng bao nhiêu phần trăm tiền điện”.
Vì sao co 90° lại gây tổn thất áp suất?
Dòng khí phải đổi hướng
Không khí đang chuyển động theo đường thẳng khi gặp co 90° buộc phải thay đổi hướng. Nếu góc chuyển hướng quá gấp, phân bố vận tốc trong tiết diện ống có thể trở nên không đồng đều.
Ở phía ngoài của co, vận tốc và áp suất có sự thay đổi; trong khi tại những khu vực khác có thể xuất hiện hiện tượng tách dòng.
Hình thành dòng xoáy và nhiễu động
Điểm đáng chú ý không đơn giản là “không khí đập vào thành co nên bị mất áp”.
Vấn đề nằm ở quá trình dòng khí đổi hướng, biến dạng phân bố vận tốc, tách dòng và hình thành các vùng xoáy. Một phần năng lượng của dòng khí bị tiêu hao trong quá trình này, tạo nên tổn thất áp suất ống gió.
Co càng bất lợi về mặt khí động học, hiện tượng này càng cần được chú ý.
Vận tốc càng cao, tổn thất càng đáng kể
Áp suất động liên quan đến bình phương vận tốc dòng khí. Vì vậy, khi thiết kế hệ thống với vận tốc quá cao, tổn thất tại co và các fitting có thể tăng nhanh.
Đây cũng là lý do một tuyến ống có ít co chưa chắc đã tối ưu hơn tuyến khác nếu kích thước ống, vận tốc và cách bố trí fitting không hợp lý.
Từ mất áp đến tiền điện: Quạt phải “gánh” thêm như thế nào?
Có thể hình dung mối quan hệ giữa công suất quạt, lưu lượng và áp suất qua công thức gần đúng:
P ≈ Q × ΔP / η
Trong đó P là công suất cần thiết, Q là lưu lượng khí, ΔP là mức áp suất quạt cần tạo và η là hiệu suất tổng liên quan.
Nếu cần duy trì cùng một lưu lượng nhưng trở lực của mạng ống tăng, quạt phải làm việc ở điều kiện áp suất cao hơn.
Một cách xử lý khá phổ biến ngoài công trường là tăng tần số VFD hoặc tăng tốc độ quạt để bù lượng gió thiếu. Cách này có thể giải quyết vấn đề trước mắt nhưng không xử lý nguyên nhân nếu tuyến ống đang có trở lực quá lớn.
Theo quy luật quạt, công suất thay đổi rất mạnh theo tốc độ quay. Vì vậy, chỉ tăng tốc quạt một mức tương đối nhỏ cũng có thể khiến nhu cầu năng lượng tăng đáng kể.
Nói cách khác, trước khi nghĩ đến chuyện “tăng tốc quạt cho mạnh gió”, nên kiểm tra lại trở lực thực tế của toàn mạng ống.
Không phải co 90° nào cũng gây tổn thất giống nhau
Co vuông/gấp khiến dòng khí phải thay đổi hướng mạnh trong không gian ngắn, dễ tạo tách dòng và nhiễu động, đặc biệt khi vận tốc cao.
Trong điều kiện không gian cho phép, co bán kính cong phù hợp giúp dòng khí chuyển hướng mềm hơn, qua đó hạn chế những điều kiện khí động bất lợi.
Một giải pháp khác là co có cánh hướng dòng (turning vanes). Các cánh này hỗ trợ định hướng luồng khí khi đi qua co, nhưng cần được thiết kế và gia công đúng hình học chứ không phải cứ thêm cánh vào co là tốt.
Vị trí của co cũng rất quan trọng. Co đặt quá gần đầu hút hoặc đầu đẩy của quạt có thể tạo ra “system effect”, làm điều kiện vận hành thực tế khác với điều kiện lý tưởng mà quạt được thử nghiệm.
4 cách giảm tổn thất áp suất ngay từ thiết kế và thi công
Thứ nhất, tối ưu routing đường ống. Không cần “cấm” co 90°, nhưng nên loại bỏ những lần đổi hướng không cần thiết và hạn chế tuyến ống vòng vèo.
Thứ hai, lựa chọn hình dạng co phù hợp. Khi mặt bằng cho phép, nên cân nhắc bán kính cong và cấu hình fitting có lợi hơn về khí động thay vì chỉ chọn phương án dễ gia công nhất.
Thứ ba, sử dụng turning vanes đúng trường hợp. Cánh hướng dòng cần phù hợp với kích thước co, vận tốc và điều kiện vận hành của hệ thống.
Thứ tư, đừng chỉ nhìn vào chiếc co. Hiệu quả của mạng ống còn phụ thuộc vào kích thước ống, vận tốc, tê nhánh, đoạn chuyển, van, mối nối, độ kín, vị trí fitting so với quạt và quá trình cân bằng gió.
Với những dự án có mạng lưới đường ống phức tạp, việc kiểm soát kích thước, hình dạng fitting, độ kín mối nối và chất lượng gia công ngay từ đầu có thể hạn chế nhiều vấn đề khi cân chỉnh hệ thống. Chủ đầu tư và nhà thầu có thể tham khảo thêm gia công ống gió chất lượng tại Dosamec để tìm hiểu các loại ống gió và phụ kiện phù hợp với từng hệ thống HVAC.
Kết luận: Đừng vội chọn quạt lớn hơn để giải quyết yếu gió
Nhiều co 90° không đồng nghĩa một cách máy móc rằng hệ thống sẽ “tốn thêm X% điện”. Tuy nhiên, mỗi fitting đều góp phần tạo nên tổng trở lực của mạng ống. Khi routing bất hợp lý, vận tốc cao hoặc fitting được lựa chọn, gia công và bố trí chưa phù hợp, tổn thất áp suất có thể tăng và quạt phải làm việc ở điều kiện bất lợi hơn để duy trì lưu lượng yêu cầu.
Vì vậy, bài toán tiết kiệm điện của hệ thống HVAC không chỉ nằm ở việc chọn một chiếc quạt hiệu suất cao. Nó bắt đầu ngay từ cách tính toán, bố trí và gia công hệ thống ống gió trên bản vẽ trước khi đưa ra công trường.
CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHIỆP DOSAMEC
Khi kiểm tra lại tuyến ống, không ít người lập tức nghi ngờ hàng loạt co 90° ống gió là thủ phạm.
Nhận định này có cơ sở, nhưng chưa hoàn toàn chính xác. Co 90° thực sự tạo ra tổn thất áp suất, song mức ảnh hưởng còn phụ thuộc vào vận tốc dòng khí, hình dạng co, cách bố trí fitting và toàn bộ cấu hình của hệ thống ống gió.
Co 90° có thực sự làm hệ thống HVAC tốn điện?
Câu trả lời ngắn gọn là có ảnh hưởng, nhưng không thể chỉ đếm số lượng co để kết luận hệ thống tốn điện nhiều hay ít.
Khi không khí đi qua một đoạn ống thẳng, dòng khí đã phải thắng ma sát với thành ống. Khi gặp co, tê, van, đoạn chuyển tiết diện hoặc các fitting khác, hệ thống phát sinh thêm tổn thất cục bộ.
Về nguyên lý, tổn thất tổng áp qua fitting có thể biểu diễn:
ΔPt = C × Pv
Trong đó:
- ΔPt: tổn thất tổng áp qua fitting.
- C: hệ số tổn thất của fitting.
- Pv: áp suất động của dòng khí.
Đây là lý do không nên áp dụng một con số cố định kiểu “mỗi co 90° làm tăng bao nhiêu phần trăm tiền điện”.
Vì sao co 90° lại gây tổn thất áp suất?
Dòng khí phải đổi hướng
Không khí đang chuyển động theo đường thẳng khi gặp co 90° buộc phải thay đổi hướng. Nếu góc chuyển hướng quá gấp, phân bố vận tốc trong tiết diện ống có thể trở nên không đồng đều.
Ở phía ngoài của co, vận tốc và áp suất có sự thay đổi; trong khi tại những khu vực khác có thể xuất hiện hiện tượng tách dòng.
Hình thành dòng xoáy và nhiễu động
Điểm đáng chú ý không đơn giản là “không khí đập vào thành co nên bị mất áp”.
Vấn đề nằm ở quá trình dòng khí đổi hướng, biến dạng phân bố vận tốc, tách dòng và hình thành các vùng xoáy. Một phần năng lượng của dòng khí bị tiêu hao trong quá trình này, tạo nên tổn thất áp suất ống gió.
Co càng bất lợi về mặt khí động học, hiện tượng này càng cần được chú ý.
Vận tốc càng cao, tổn thất càng đáng kể
Áp suất động liên quan đến bình phương vận tốc dòng khí. Vì vậy, khi thiết kế hệ thống với vận tốc quá cao, tổn thất tại co và các fitting có thể tăng nhanh.
Đây cũng là lý do một tuyến ống có ít co chưa chắc đã tối ưu hơn tuyến khác nếu kích thước ống, vận tốc và cách bố trí fitting không hợp lý.
Từ mất áp đến tiền điện: Quạt phải “gánh” thêm như thế nào?
Có thể hình dung mối quan hệ giữa công suất quạt, lưu lượng và áp suất qua công thức gần đúng:
P ≈ Q × ΔP / η
Trong đó P là công suất cần thiết, Q là lưu lượng khí, ΔP là mức áp suất quạt cần tạo và η là hiệu suất tổng liên quan.
Nếu cần duy trì cùng một lưu lượng nhưng trở lực của mạng ống tăng, quạt phải làm việc ở điều kiện áp suất cao hơn.
Một cách xử lý khá phổ biến ngoài công trường là tăng tần số VFD hoặc tăng tốc độ quạt để bù lượng gió thiếu. Cách này có thể giải quyết vấn đề trước mắt nhưng không xử lý nguyên nhân nếu tuyến ống đang có trở lực quá lớn.
Theo quy luật quạt, công suất thay đổi rất mạnh theo tốc độ quay. Vì vậy, chỉ tăng tốc quạt một mức tương đối nhỏ cũng có thể khiến nhu cầu năng lượng tăng đáng kể.
Nói cách khác, trước khi nghĩ đến chuyện “tăng tốc quạt cho mạnh gió”, nên kiểm tra lại trở lực thực tế của toàn mạng ống.
Không phải co 90° nào cũng gây tổn thất giống nhau
Co vuông/gấp khiến dòng khí phải thay đổi hướng mạnh trong không gian ngắn, dễ tạo tách dòng và nhiễu động, đặc biệt khi vận tốc cao.
Trong điều kiện không gian cho phép, co bán kính cong phù hợp giúp dòng khí chuyển hướng mềm hơn, qua đó hạn chế những điều kiện khí động bất lợi.
Một giải pháp khác là co có cánh hướng dòng (turning vanes). Các cánh này hỗ trợ định hướng luồng khí khi đi qua co, nhưng cần được thiết kế và gia công đúng hình học chứ không phải cứ thêm cánh vào co là tốt.
Vị trí của co cũng rất quan trọng. Co đặt quá gần đầu hút hoặc đầu đẩy của quạt có thể tạo ra “system effect”, làm điều kiện vận hành thực tế khác với điều kiện lý tưởng mà quạt được thử nghiệm.
4 cách giảm tổn thất áp suất ngay từ thiết kế và thi công
Thứ nhất, tối ưu routing đường ống. Không cần “cấm” co 90°, nhưng nên loại bỏ những lần đổi hướng không cần thiết và hạn chế tuyến ống vòng vèo.
Thứ hai, lựa chọn hình dạng co phù hợp. Khi mặt bằng cho phép, nên cân nhắc bán kính cong và cấu hình fitting có lợi hơn về khí động thay vì chỉ chọn phương án dễ gia công nhất.
Thứ ba, sử dụng turning vanes đúng trường hợp. Cánh hướng dòng cần phù hợp với kích thước co, vận tốc và điều kiện vận hành của hệ thống.
Thứ tư, đừng chỉ nhìn vào chiếc co. Hiệu quả của mạng ống còn phụ thuộc vào kích thước ống, vận tốc, tê nhánh, đoạn chuyển, van, mối nối, độ kín, vị trí fitting so với quạt và quá trình cân bằng gió.
Với những dự án có mạng lưới đường ống phức tạp, việc kiểm soát kích thước, hình dạng fitting, độ kín mối nối và chất lượng gia công ngay từ đầu có thể hạn chế nhiều vấn đề khi cân chỉnh hệ thống. Chủ đầu tư và nhà thầu có thể tham khảo thêm gia công ống gió chất lượng tại Dosamec để tìm hiểu các loại ống gió và phụ kiện phù hợp với từng hệ thống HVAC.
Kết luận: Đừng vội chọn quạt lớn hơn để giải quyết yếu gió
Nhiều co 90° không đồng nghĩa một cách máy móc rằng hệ thống sẽ “tốn thêm X% điện”. Tuy nhiên, mỗi fitting đều góp phần tạo nên tổng trở lực của mạng ống. Khi routing bất hợp lý, vận tốc cao hoặc fitting được lựa chọn, gia công và bố trí chưa phù hợp, tổn thất áp suất có thể tăng và quạt phải làm việc ở điều kiện bất lợi hơn để duy trì lưu lượng yêu cầu.
Vì vậy, bài toán tiết kiệm điện của hệ thống HVAC không chỉ nằm ở việc chọn một chiếc quạt hiệu suất cao. Nó bắt đầu ngay từ cách tính toán, bố trí và gia công hệ thống ống gió trên bản vẽ trước khi đưa ra công trường.
CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHIỆP DOSAMEC
- Hotline: 18001165
- Email: info@dosamec.com.vn
- Nhà xưởng: 6/3 Bà Điểm 9 – Hóc Môn – TP. Hồ Chí Minh
- Website: dosamec.com