Bơm tuần hoàn HVAC là thiết bị duy trì dòng nước trong các vòng tuần hoàn của hệ thống điều hòa, làm lạnh hoặc sưởi sử dụng nước. Trong các công trình có hệ thống Chiller, bơm có thể tham gia vào vòng nước lạnh, vòng nước giải nhiệt hoặc vòng nước nóng tùy theo cấu hình thiết kế.
Đối với tòa nhà, bơm không chỉ có nhiệm vụ đưa nước đi qua đường ống mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phân phối lưu lượng, trao đổi nhiệt và mức tiêu thụ điện của toàn hệ thống. Vì vậy, lựa chọn bơm cần dựa trên lưu lượng, cột áp, điểm làm việc và đặc tính thực tế của mạng đường ống.
Bài viết dưới đây được đội ngũ DOOCH biên soạn nhằm giúp doanh nghiệp và đơn vị quản lý công trình hiểu rõ hơn về vai trò của bơm tuần hoàn HVAC trong hệ thống kỹ thuật tòa nhà.
Bơm tuần hoàn HVAC là gì?
Máy bơm trục đứng Inline tuần hoàn
Bơm tuần hoàn HVAC là thiết bị tạo dòng nước cưỡng bức trong hệ thống truyền tải nhiệt bằng nước. Nước được bơm lưu thông qua đường ống, đi qua các thiết bị trao đổi nhiệt rồi quay trở lại nguồn lạnh hoặc nguồn nhiệt.
Trong hệ thống làm lạnh trung tâm, nguồn lạnh thường là Chiller. Nước lạnh sau khi được tạo lạnh sẽ được bơm đến các thiết bị như AHU hoặc FCU. Tại đây, nước trao đổi nhiệt với không khí rồi quay trở lại Chiller để tiếp tục được làm lạnh.
Với hệ thống sưởi bằng nước nóng, nguyên lý tương tự được áp dụng theo chiều truyền nhiệt ngược lại. Bơm duy trì dòng nước nóng từ nguồn nhiệt đến các thiết bị cần cấp nhiệt và đưa nước trở về nguồn.
Xem Thêm Bơm Tăng Áp Cho Khách Sạn, Giữ Áp Lực Nước Ổn Định
Vai trò của bơm tuần hoàn trong hệ thống kỹ thuật tòa nhà
Trong hệ thống HVAC sử dụng nước, bơm là một trong những thiết bị quyết định khả năng vận chuyển môi chất qua toàn bộ mạng đường ống.
Khi bơm hoạt động, nước được đưa từ nguồn lạnh hoặc nguồn nhiệt qua đường cấp đến các thiết bị trao đổi nhiệt. Sau khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt, nước đi vào đường hồi và quay trở lại nguồn. Nếu lưu lượng không đáp ứng yêu cầu, các thiết bị đầu cuối có thể không nhận đủ nước, dẫn đến khả năng trao đổi nhiệt không đạt như thiết kế.
Đối với tòa nhà có nhiều khu vực sử dụng điều hòa, mạng đường ống thường có nhiều nhánh với chiều dài và trở lực khác nhau. Bơm phải tạo đủ áp lực để duy trì lưu lượng cần thiết qua các tuyến có trở lực lớn nhất trong điều kiện thiết kế.
Các loại bơm tuần hoàn trong hệ thống HVAC
Cấu tạo máy bơm trục đứng Inline tuần hoàn
Bơm nước lạnh
Bơm nước lạnh được sử dụng trong vòng tuần hoàn giữa Chiller và các thiết bị sử dụng nước lạnh như AHU, FCU hoặc các thiết bị trao đổi nhiệt khác.
Nước lạnh được đưa từ Chiller vào đường cấp, đi qua các coil để hấp thụ nhiệt từ không khí hoặc tải cần làm lạnh, sau đó quay về Chiller qua đường hồi.
Đây là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của bơm tuần hoàn trong hệ thống HVAC trung tâm.
Bơm nước giải nhiệt
Trong hệ thống Chiller có giải nhiệt bằng nước, một vòng nước khác được sử dụng để đưa nhiệt từ Chiller đến thiết bị giải nhiệt, thường là tháp giải nhiệt.
Bơm nước giải nhiệt tạo dòng nước giữa Chiller và tháp giải nhiệt. Vòng này có đặc điểm vận hành khác với vòng nước lạnh do điều kiện nhiệt độ, thiết bị và tổn thất áp suất khác nhau.
Do đó, không nên mặc định bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt có thể thay thế cho nhau chỉ vì cả hai đều thuộc hệ thống HVAC.
Bơm nước nóng HVAC
Bơm nước nóng được sử dụng trong những hệ thống HVAC có nhu cầu cấp nhiệt bằng nước. Nước nóng được tuần hoàn từ nguồn nhiệt đến các coil hoặc thiết bị trao đổi nhiệt, sau đó quay trở lại nguồn.
Loại bơm này thường được xem xét trong các hệ thống sưởi hoặc hệ thống cấp nhiệt cho AHU, FCU và các thiết bị tương ứng.
Không phải mọi hệ thống điều hòa đều sử dụng bơm tuần hoàn
Bơm tuần hoàn HVAC chủ yếu xuất hiện trong các hệ thống sử dụng nước làm môi chất truyền tải nhiệt. Các hệ thống điều hòa sử dụng môi chất lạnh trực tiếp có nguyên lý khác và không có vòng nước Chiller giống hệ thống hydronic.
Vì vậy, khi xác định nhu cầu sử dụng bơm cần xem xét chính xác cấu hình HVAC của công trình.
Xem Thêm Bơm Nước Thải Tầng Hầm Cho Chung Cư, Khách Sạn
Nguyên lý hoạt động của bơm tuần hoàn HVAC
Cách chọn bơm đúng kỹ thuật cho khách sạn
Một vòng tuần hoàn HVAC cơ bản có thể được hiểu theo trình tự: nguồn lạnh hoặc nguồn nhiệt tạo ra môi chất có nhiệt độ yêu cầu, bơm đưa nước vào đường cấp, nước đi qua các thiết bị trao đổi nhiệt, sau đó trở về nguồn qua đường hồi.
Trong hệ thống nước lạnh, Chiller làm giảm nhiệt độ của nước trước khi nước được bơm đến AHU hoặc FCU. Tại coil của AHU hoặc FCU, nước lạnh hấp thụ nhiệt từ luồng không khí. Nước sau khi tăng nhiệt độ được đưa trở lại Chiller để tiếp tục chu trình.
Các van điều khiển có nhiệm vụ điều chỉnh dòng nước đến từng thiết bị theo nhu cầu tải. Khi nhu cầu làm lạnh thay đổi, lưu lượng qua từng nhánh cũng có thể thay đổi theo phương án điều khiển.
Do đó, bơm không hoạt động độc lập. Bơm, đường ống, van, thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống điều khiển tạo thành một hệ thống thủy lực thống nhất. Chỉ thay đổi công suất bơm mà không xem xét các thành phần khác chưa chắc giải quyết được vấn đề về lưu lượng hoặc nhiệt độ.
Bơm Primary, Secondary và hệ thống biến lưu lượng
Trong các hệ thống HVAC trung tâm, cách bố trí bơm có thể khác nhau tùy quy mô và yêu cầu vận hành.
Bơm Primary là gì?
Bơm Primary phục vụ vòng tuần hoàn phía nguồn, chẳng hạn vòng nước đi qua Chiller hoặc thiết bị tạo nhiệt. Lưu lượng của bơm phải phù hợp với yêu cầu của thiết bị trung tâm và điều kiện vận hành của vòng này.
Bơm Secondary là gì?
Bơm Secondary phục vụ mạng phân phối từ khu vực trung tâm đến các tải trong tòa nhà. Lưu lượng của vòng này có thể thay đổi theo nhu cầu của các khu vực sử dụng.
Cách bố trí Primary – Secondary cho phép vòng nguồn và vòng phân phối có thể hoạt động với đặc tính lưu lượng khác nhau. Điều này đặc biệt hữu ích khi mạng phân phối có tải biến đổi.
Hệ thống Primary Variable Flow hoạt động thế nào?
Ở cấu hình biến lưu lượng phía Primary, bơm có thể thay đổi lưu lượng qua hệ thống theo nhu cầu tải. Tốc độ bơm thường được điều chỉnh bằng biến tần kết hợp với tín hiệu chênh áp hoặc phương án điều khiển phù hợp.
Tuy nhiên, hệ thống phải đảm bảo lưu lượng tối thiểu mà Chiller hoặc thiết bị tạo nhiệt yêu cầu. Đây là điều kiện kỹ thuật quan trọng khi thiết kế hệ thống biến lưu lượng.
Không có một cấu hình bơm phù hợp cho mọi tòa nhà. Việc lựa chọn Primary, Secondary hoặc Primary Variable cần dựa trên công suất thiết bị, mạng đường ống, tải nhiệt, phương án điều khiển và yêu cầu vận hành.
Xem Thêm Bơm Cấp Nước Sản Xuất, Giải Pháp Cấp Nước Ổn Định
Cách xác định lưu lượng và cột áp bơm HVAC
Bơm DOOCH trục đứng truyền tải nước cho khách sạn, tòa nhà
Lưu lượng bơm được xác định như thế nào?
Lưu lượng nước trong hệ thống HVAC có liên quan trực tiếp đến tải nhiệt cần truyền tải và độ chênh nhiệt độ giữa nước cấp và nước hồi.
Về nguyên lý, quan hệ nhiệt có thể biểu diễn bằng công thức:
Q nhiệt = m × Cp × ΔT
Trong đó, lượng nhiệt cần truyền tải phụ thuộc vào khối lượng nước đi qua hệ thống, nhiệt dung riêng của nước và chênh lệch nhiệt độ.
Vì vậy, không nên lấy một mức lưu lượng cố định áp dụng cho mọi công trình. Tải lạnh, nhiệt độ thiết kế và cấu hình hệ thống sẽ quyết định nhu cầu lưu lượng thực tế.
Cột áp bơm phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Cột áp cần thiết chủ yếu được xác định từ tổng tổn thất áp suất của vòng tuần hoàn.
Các tổn thất có thể phát sinh trên đường ống, van, co, cút, lọc, coil, Chiller và những thiết bị khác mà nước phải đi qua.
Đối với vòng nước tuần hoàn kín, không nên tính cột áp bơm đơn giản bằng chiều cao của tòa nhà như cách tính của hệ thống cấp nước lên các tầng. Bơm phải đáp ứng trở lực của mạch thủy lực theo điều kiện thiết kế.
Điểm làm việc Q-H là gì?
Sau khi xác định lưu lượng và cột áp cần thiết, cần kiểm tra điểm làm việc trên đường đặc tính của bơm.
Một bơm phù hợp phải đáp ứng đồng thời Q và H tại cùng một điểm làm việc, thay vì chỉ nhìn vào lưu lượng tối đa hoặc cột áp tối đa trong catalogue.
Đây là cơ sở quan trọng để tránh tình trạng bơm có công suất lớn nhưng vận hành không đúng vùng làm việc mong muốn.
Vì sao không nên chọn bơm theo công suất motor?
Công suất động cơ là kết quả của yêu cầu vận hành cùng hiệu suất của bơm và động cơ, không phải thông số đầu tiên để xác định nhu cầu hệ thống.
Trình tự hợp lý là xác định tải, lưu lượng, cột áp, điểm làm việc và hiệu suất, sau đó mới xác định công suất động cơ phù hợp.
Xem Thêm Bơm Cho Trường Học, Cách Chọn Hệ Thống Cấp Nước Phù Hợp
Bơm biến tốc trong hệ thống HVAC
Kỹ sư DOOCH thi công kiểm tra dự án
Nhu cầu làm lạnh của tòa nhà thay đổi theo thời gian. Một số khu vực có thể giảm tải trong khi những khu vực khác vẫn cần làm lạnh. Vì vậy, hệ thống có tải biến đổi có thể sử dụng phương án điều chỉnh lưu lượng thay vì duy trì một lưu lượng cố định trong mọi thời điểm.
Bơm biến tốc sử dụng biến tần để thay đổi tốc độ động cơ theo tín hiệu điều khiển. Trong một số hệ thống, chênh áp trên mạng đường ống được sử dụng làm tín hiệu điều khiển. Khi các van điều khiển đóng bớt do tải giảm, nhu cầu lưu lượng giảm và tốc độ bơm có thể được điều chỉnh xuống.
Cách vận hành này có thể giảm năng lượng tiêu thụ so với việc duy trì bơm ở tốc độ cao trong toàn bộ thời gian.
Tuy nhiên, không phải mọi hệ thống HVAC đều bắt buộc phải sử dụng bơm biến tốc. Hiệu quả của giải pháp phụ thuộc vào cấu hình đường ống, thiết bị đầu cuối, van điều khiển, yêu cầu lưu lượng tối thiểu và chiến lược điều khiển tổng thể.
Cân bằng thủy lực trong hệ thống HVAC
Một tòa nhà có nhiều AHU, FCU hoặc các thiết bị trao đổi nhiệt sẽ hình thành nhiều nhánh đường ống. Mỗi nhánh có chiều dài, đường kính, van và thiết bị khác nhau nên trở lực cũng khác nhau.
Nước có xu hướng đi qua những tuyến có trở lực thấp hơn. Nếu hệ thống không được cân bằng phù hợp, một số nhánh có thể nhận nhiều nước hơn nhu cầu trong khi các nhánh khác không đạt đủ lưu lượng.
Van cân bằng và các thiết bị điều chỉnh lưu lượng có thể được sử dụng để kiểm soát sự phân phối nước. Tuy nhiên, cân bằng thủy lực không chỉ là vấn đề điều chỉnh van sau khi lắp đặt. Đường kính ống, bố trí mạng, thiết bị đầu cuối, đặc tính van và phương án điều khiển đều cần được tính đến trong thiết kế.
Một hệ thống cân bằng tốt giúp bơm làm việc phù hợp hơn với nhu cầu thực tế và hạn chế tình trạng phải duy trì cột áp cao để bù cho sự phân phối lưu lượng không đồng đều.
Bơm tuần hoàn HVAC và bài toán tiết kiệm năng lượng
Bơm là một trong những thành phần tiêu thụ điện của hệ thống HVAC. Tuy nhiên, mức tiêu thụ không chỉ phụ thuộc vào công suất động cơ mà còn liên quan đến lưu lượng, cột áp, hiệu suất và thời gian vận hành.
Bơm có cột áp quá cao có thể tạo ra chênh áp dư trong hệ thống. Nếu không được kiểm soát, lượng năng lượng này có thể không mang lại lợi ích tương ứng cho quá trình trao đổi nhiệt.
Với hệ thống có tải thay đổi, điều chỉnh tốc độ bơm theo nhu cầu có thể giúp giảm lưu lượng và công suất khi tải giảm. Các hệ thống biến lưu lượng được thiết kế đúng có khả năng giảm năng lượng bơm trong quá trình vận hành.
Tuy nhiên, không nên khẳng định một tỷ lệ tiết kiệm cố định cho mọi công trình. Hiệu quả thực tế phụ thuộc vào đặc tính hệ thống, chế độ tải, thiết bị, điều khiển và thời gian vận hành.
Tiêu chí lựa chọn bơm tuần hoàn HVAC cho tòa nhà
Khi lựa chọn bơm tuần hoàn HVAC, trước tiên cần xác định lưu lượng và cột áp theo điều kiện thiết kế. Hai thông số này phải được kiểm tra trên đường đặc tính Q-H của từng model.
Sau đó cần xem xét hiệu suất tại điểm làm việc. Một máy bơm có hiệu suất tốt ở một điểm không có nghĩa sẽ đạt hiệu suất tương tự ở mọi chế độ vận hành.
Nhiệt độ chất lỏng, áp suất làm việc và vật liệu của các bộ phận tiếp xúc với nước cũng cần phù hợp với hệ thống. Đối với vòng nước lạnh, cần xem xét đúng điều kiện vận hành của hệ thống thay vì chỉ căn cứ vào tên gọi của thiết bị.
Nếu hệ thống có lưu lượng thay đổi, khả năng kết hợp với biến tần và phương án điều khiển cũng cần được xem xét ngay từ đầu.
Ngoài ra, đối với các công trình yêu cầu độ ổn định cao, phương án dự phòng bơm cần được xác định theo yêu cầu vận hành thực tế. Không nên mặc định mọi tòa nhà đều phải sử dụng cùng một cấu hình dự phòng.
Lắp đặt bơm tuần hoàn HVAC cần lưu ý gì?
Việc lắp đặt bơm cần đảm bảo đường ống không tạo tải bất lợi lên thân bơm và hệ thống có giải pháp hạn chế rung truyền sang kết cấu công trình.
Các thiết bị như van chặn, van một chiều, lọc và đồng hồ áp suất cần được bố trí phù hợp với cấu hình hệ thống để phục vụ vận hành và kiểm tra.
Với hệ thống nước tuần hoàn, việc bố trí thiết bị đo áp suất và các điểm kiểm tra cần được tính đến ngay trong thiết kế. Sau khi lắp đặt, hệ thống cần được kiểm tra để xác nhận lưu lượng, áp suất và điều kiện vận hành thực tế phù hợp với thiết kế.
Đặc biệt, không nên chỉ kiểm tra bản thân máy bơm mà bỏ qua toàn bộ mạng đường ống. Bơm hoạt động tốt nhưng hệ thống không được cân bằng hoặc có trở lực bất thường vẫn có thể khiến các thiết bị đầu cuối không đạt yêu cầu.
Ứng dụng bơm tuần hoàn HVAC trong các công trình
Tòa nhà văn phòng
Tòa nhà văn phòng thường có tải điều hòa thay đổi theo thời gian làm việc và khu vực sử dụng. Hệ thống bơm có thể được thiết kế để đáp ứng sự thay đổi lưu lượng giữa các khu vực.
Khách sạn
Khách sạn có nhiều khu vực sử dụng điều hòa với thời gian và mức tải khác nhau. Phòng nghỉ, sảnh, nhà hàng và các khu vực dịch vụ có thể có đặc điểm tải riêng. Vì vậy, hệ thống bơm cần được lựa chọn theo cấu hình HVAC thực tế thay vì chỉ dựa trên diện tích hoặc số phòng.
Trung tâm thương mại
Tải điều hòa trong trung tâm thương mại thường phân bố không đồng đều giữa các khu vực. Khả năng điều chỉnh lưu lượng và kiểm soát chênh áp có thể trở nên quan trọng đối với mạng phân phối có nhiều nhánh.
Bệnh viện và công trình yêu cầu vận hành ổn định
Các công trình có yêu cầu vận hành liên tục cần quan tâm đến độ tin cậy của hệ thống bơm, khả năng kiểm soát và phương án dự phòng. Cấu hình cụ thể phải được xác định theo yêu cầu của từng dự án.
Nhà máy và công trình công nghiệp
Trong nhà máy, hệ thống HVAC có thể phục vụ điều kiện môi trường cho người sử dụng hoặc kết hợp với các yêu cầu kiểm soát nhiệt độ của khu vực sản xuất. Do đó, lưu lượng và chế độ vận hành cần được xác định theo từng hệ thống cụ thể.
Những sai lầm khi lựa chọn bơm tuần hoàn HVAC
Một sai lầm phổ biến là chọn bơm dựa chủ yếu vào công suất động cơ. Cách này không phản ánh đầy đủ yêu cầu về lưu lượng và cột áp của hệ thống.
Một lỗi khác là chọn bơm có lưu lượng càng lớn càng tốt. Lưu lượng dư có thể làm tăng tiêu thụ điện và gây khó khăn cho quá trình cân bằng thủy lực.
Việc lấy chiều cao tòa nhà làm cơ sở chính để xác định cột áp bơm tuần hoàn cũng không phù hợp với nguyên lý của vòng nước HVAC kín.
Ngoài ra, cần tránh bỏ qua tổn thất áp suất của coil, Chiller, van và các thiết bị trên đường ống. Với hệ thống biến lưu lượng, cũng cần kiểm tra giới hạn lưu lượng tối thiểu của thiết bị trung tâm.
Một hệ thống sử dụng biến tần nhưng không có phương án điều khiển phù hợp cũng chưa chắc đạt hiệu quả vận hành như mong muốn.
Bơm tuần hoàn HVAC DOOCH
Đối với DOOCH, việc lựa chọn sản phẩm cho hệ thống HVAC cần căn cứ vào thông số kỹ thuật thực tế của từng model.
Các thông số cần được đối chiếu gồm lưu lượng, cột áp, điểm làm việc, nhiệt độ chất lỏng, áp suất làm việc, vật liệu, hiệu suất và điều kiện vận hành.
Không nên lựa chọn một model chỉ dựa trên công suất động cơ hoặc tên gọi sản phẩm. Đặc biệt với hệ thống HVAC của tòa nhà, thiết bị cần được đối chiếu với đặc tính của toàn bộ mạng đường ống và thiết bị trao đổi nhiệt.
Do mỗi công trình có cấu hình khác nhau, không nên áp dụng một model bơm cố định cho tất cả hệ thống.
FAQ về bơm tuần hoàn HVAC
Bơm tuần hoàn HVAC là gì?
Bơm tuần hoàn HVAC là thiết bị duy trì dòng nước trong các vòng tuần hoàn của hệ thống làm lạnh, sưởi hoặc giải nhiệt sử dụng nước.
Bơm HVAC có những loại nào?
Tùy cấu hình hệ thống, có thể có bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt và bơm nước nóng HVAC.
Bơm nước lạnh khác bơm nước giải nhiệt như thế nào?
Bơm nước lạnh phục vụ vòng nước giữa Chiller và các thiết bị sử dụng nước lạnh. Bơm nước giải nhiệt phục vụ vòng nước giữa Chiller và thiết bị thải nhiệt như tháp giải nhiệt.
Bơm HVAC có cần biến tần không?
Không phải mọi hệ thống đều bắt buộc sử dụng biến tần. Bơm biến tốc phù hợp hơn với những hệ thống có lưu lượng thay đổi và có phương án điều khiển tương ứng.
Cột áp bơm HVAC có tính theo chiều cao tòa nhà không?
Không nên tính đơn giản theo chiều cao tòa nhà. Cột áp của bơm tuần hoàn chủ yếu phải đáp ứng tổn thất áp suất của vòng nước theo điều kiện thiết kế.
Lưu lượng bơm HVAC tính như thế nào?
Lưu lượng liên quan đến tải nhiệt, chênh lệch nhiệt độ nước và đặc tính của hệ thống. Không nên áp dụng một lưu lượng cố định cho mọi công trình.
Primary Pump và Secondary Pump khác nhau thế nào?
Primary Pump phục vụ vòng phía nguồn, còn Secondary Pump phục vụ vòng phân phối đến tải. Hai vòng có thể được thiết kế với đặc tính lưu lượng khác nhau tùy cấu hình hệ thống.
Vì sao hệ thống HVAC cần cân bằng thủy lực?
Cân bằng thủy lực giúp phân phối lưu lượng phù hợp giữa các nhánh, hạn chế tình trạng một số khu vực nhận quá nhiều nước trong khi các khu vực khác không đủ lưu lượng.
Kết luận
Bơm tuần hoàn HVAC là một thành phần quan trọng trong hệ thống kỹ thuật tòa nhà sử dụng nước để truyền tải nhiệt. Thiết bị duy trì dòng nước qua Chiller, AHU, FCU, tháp giải nhiệt hoặc các thiết bị trao đổi nhiệt tùy theo cấu hình hệ thống.
Khi lựa chọn bơm, không nên chỉ dựa vào công suất động cơ, số tầng hoặc quy mô công trình. Cần xác định lưu lượng, cột áp, điểm làm việc Q-H, hiệu suất, đặc tính đường ống và phương án điều khiển.
Đối với DOOCH, model cụ thể cũng cần được đối chiếu với tài liệu kỹ thuật và điều kiện vận hành thực tế trước khi lựa chọn. Cách tiếp cận này giúp bơm được lựa chọn phù hợp với hệ thống HVAC thay vì dựa trên một thông số riêng lẻ.
Thông Tin Liên Hệ
Đơn vị chịu trách nhiệm: Công ty TNHH Bơm Dooch Vina
Tổng đài trợ giúp Dooch Vina: 0825.256.464
Trụ sở văn phòng: Số 88 Phố Vạn Phúc, Phường Vạn Phúc, Quận Hà Đông, TP. Hà Nội
Địa chỉ nhà máy: Dooch Factory – Cụm Công Nghiệp Tân Phú 1, P. Trung Thành, TP. Thái Nguyên
Email: contact@doochpump.com.vn
- Fanpage: facebook.com/maybomdoochvina
