Vận hành và bảo dưỡng hệ thống HVAC

Mô tả giải pháp

Vận hành và bảo dưỡng hệ thống HVAC (O&M) là hoạt động nhằm giữ hệ thống cơ khí bên trong công trình hoạt động ở hiệu suất tối đa trong suốt vòng đời công trình. Lựa chọn của người thiết kế có thể làm cho việc duy trì hệ thống tiện nghi nhiệt dễ dàng hoặc khó khăn.

Thiết kế HVAC chỉ tốt khi nó được vận hành tốt. Việc thiếu quan tâm, thay thế thiết bị kém chất lượng và hiểu sai về hệ thống có thể làm mọi điểm cải tiến của thiết kế HVAC tốt trở nên vô nghĩa. Các hoạt động vận hành và bảo dưỡng tối ưu như nghiệm thu liên tục có thể cải thiện hiệu suất năng lượng lên tren 20% và cùng lúc cải thiện tiện nghi người sử dụng.

Vận hành và bảo dưỡng hợp lý hệ thống HVAC được đánh giá thông qua hiệu quả hoạt động của hệ thống. Hệ thống cần liên tục mang lại tiện nghi nhiệt ở mức năng đã được chỉ ra trong thiết kế HVAC của công trình. Các đơn vị nghiệm thu thường thực hiện các hoạt động kiểm toán này. Cùng với việc công nghệ đang dần cải thiện, hiệu suất thậm chí có thể được cải thiện vượt qua cả thiết kế ban đầu.

Hướng dẫn vận hành

Quy trình thiết kế tốt có thể giúp đảm bảo lịch trình vận hành và bảo dưỡng hợp lý. Người thiết kế hệ thống HVAC cần thiết kế hệ thỗng rõ ràng, lên lịch trình cho bảo dưỡng và thay thế và đồng thời cũng chỉ rõ đại lượng nào cần được đo đạc trong quá trình nghiệm thu cũng như cách thực hiện các phép đo đạc đó.

Công trình xanh thông thường hoạt động không được như theo thiết kế. Thiếu hướng dẫn vận hành, cá nhân vận hành hệ thống thường phải tìm lỗi hệ thống thông qua việc đoán. Điều này không bao giờ có được hiệu quả như hướng tiếp cận theo toàn hệ thống mà có thể được nêu ra trong hướng dẫn vận hành.

                                        

                           Bảo dưỡng và sửa chữa là điều thiết yếu để hệ thống HVAC hoạt động tốt

Lịch trình bảo dưỡng

Một phần quan trọng trong hướng dẫn vận hành và bảo dưỡng là lịch trình vệ sinh đường ống, bộ lọc và các thành phần khác, thay thế bộ lọc và đo đạc mức năng lượng sử dụng cũng như mức độ tiện nghi.

Hoạt động đo đạc hiệu suất nên được thực hiện theo tháng hoặc theo quý nhằm mang lại cho người vận hành đủ số liệu để xem xét và phát hiện thời điểm hệ thống bắt đầu giảm hiệu năng sử dụng. Nhiều hệ thống tự động trong công trình có thể cung cấp dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm và năng lượng tiêu thụ theo giờ.

Tính linh hoạt và hành vi của người sử dụng

Khi người sử dụng chủ ý mang thêm các thiết bị sưởi hoặc quạt bàn riêng của họ, đây là dấu hiệu cho thấy rằng hệ thống HVAC đang không hoạt động theo như thiết kế hoặc thiết kế không đáp ứng được nhu cầu tại thời điểm đó của người sử dụng. Việc có tính linh hoạt để có thể làm việc cùng người sử dụng nhằm đáp ứng nhu cầu trong khi đảm bảo hiệu quả năng lượng. Điều này có nghĩa là tính linh hoạt để thay đổi thiết kế ban đầu hoặc giúp người sử dụng lựa chọn sản phẩm hiệu quả năng lượng cho nhu cầu sử dụng riêng của họ.

Vệ sinh và thay thế bộ lọc

Việc giữ cho bộ lọc sạch là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả sử dụng năng lượng và chất lượng không khí bên trong công trình. Đây là yếu tố thường xuyên bị bỏ qua trong việc vận hành hệ thống HVAC bởi thiết bị HVAC không dễ bị hỏng trong khi bộ lọc lại cần thiết có sự quan tâm thường xuyên.

Một vài bộ lọc được thiết kế để có thể vệ sinh bằng việc xịt nước hoặc hút bụi trong khi các bộ lọc khác đơn giản là thay đi. Những bộ lọc cần vệ sinh không chỉ bao gồm trong đường ống mà trong cả lò nung, bơm nhiệt và các thiết bị khác.

                                        

                                                      Thay thế bộ lọc của thiết bị HVAC

Vệ sinh các bộ phận

Một số bộ phận khác cũng yêu cầu được vệ sinh định kì. Đường ống cần được làm sạch bụi, nấm mốc và các chất nhiễm bẩn khác nhằm đảm bảo điều kiện chất lượng không khí bên trong công trình. Đồng thời cũng cần kiểm tra định kì nhằm phát hiện hiện tượng rò rỉ – điều có thể gây ra tổn thất năng lượng lớn.

Đất và bụi bẩn bám trên các cuộn dây sẽ đóng vai trò như lớp cách nhiệt. Cách mang thép nếu bị cong hoặc bẹp sẽ cản trở dòng không khí và giảm tính hiệu quả của làm mát đối lưu. Chính vì thế, các cuộn dây và các thanh thép mảnh trong điều hòa không khí và bơm nhiệt cần được làm sạch và làm thẳng thường xuyên nhằm đảm bảo khả năng dẫn nhiệt tới và từ không khí một cách hiệu quả.

Máng thu nước đọng trong máy khử ẩm và điều hòa không khí có chức năng khử ẩm cần được kiểm tra thường xuyên. Việc máng dẫn bị chặn sẽ dẫn tới hiện tượng nước ngưng tụ bắt đầu tích tụ và có thể rò rỉ vào lớp vỏ công trình hoặc khu vực có người sử dụng, dẫn tới hiện tượng nấm mốc.

                                         

                                                 Kiểm tra thông số và chỉ số của hệ thống

Vận hành hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển HVAC thông thường được vận hành bằng thiết bị điều nhiệt đã được lập trình sẵn để lên lịch trình sưởi ấm và làm mát cho các thời điểm trong ngày và các ngày trong tuần. Lịch trình này cần phải được điều chỉnh phù hợp với mật độ người và lịch trình hoạt động của từng không gian khác nhau.

Do mục đích sử dụng của công trình có thể thay đổi theo thời gian nên lịch trình của hệ thống điều khiển cần thay đổi theo thời gian.

Các cảm biến cho hệ thống HVAC như cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, hoặc cảm biến chiếm cứ cần được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo hoạt động tốt. Những cảm biến tắt hoặc bật hệ thống làm mát hoặc sưởi ấm vào những thời điểm không thích hợp có thể khiến người sử dụng cảm thấy quá nóng hoặc quá lạnh và có thể tiêu tốn năng lượng.

Hệ thống điều khiển hoạt động nhưng không bật hoặc tắt đúng theo điều kiện sử dụng có thể được tắt thủ công. Những hệ thống như vậy rõ ràng không còn hoạt động đúng chức năng và hệ quả là sự lãng phí năng lượng.

Sơ đồ

Sơ đồ đường ống và hệ thống điều khiển HVAC cần được lập và cập nhật thường xuyên nhằm đảm bảo hệ thống điều khiển luôn dễ hiểu.

Điều này không chỉ giúp cho việc kiểm tra lỗi dễ dàng hơn mà đồng thời cũng giúp lên lịch trình thay thế và góp phần hỗ trợ việc nâng cấp hệ thống.

Những sơ đồ này nên bao gồm thiết bị HVAC, cảm biến, đường ống và các thiết bị phân bổ không khí, điều khiển và phương thức kết nối giữa chúng cũng như giới hạn giữa các vùng điều khiển.

Thông thường sơ đồ cảm biến và hệ thống điều khiển cần được tách biệt với sơ đồ của hệ thống phân bổ không khí để giúp đọc dễ dàng hơn. Đồng thời chúng cần được đối chiếu và kiểm chéo nhằm đảm bảo sự chính xác.

                                      

                   Sơ đồ hệ thống HVAC hỗ trợ cho quá trình vận hành và kiểm tra lỗi

Hệ thống điều khiển cho tiện nghi nhiệt

Mô tả giải pháp

Hệ thống điều khiển cho tiện nghi nhiệt là các cảm biến và bộ điều khiển như: thiết bị điều nhiệt, điều ẩm, rèm cơ học, cửa sổ cơ học hoặc lỗ mở thông gió và tất cả các hệ thống tự động khác với chức năng giữ cho không gian sử dụng ở nhiệt độ và độ ẩm ở mức tiện nghi cho người sử dụng.

Hệ thống như vậy có thể là các điều khiển độc lập cho từng sản phẩm hay từng hệ thống khác nhau trong công trình hoặc nó có thể là một hệ thống thống nhất kết nối mọi cảm biến và thiết bị điều khiển với nhau. Hệ thống kết hợp như vậy có thể còn kết hợp thêm các thiết bị điều khiển cho chiếu sáng, chất lượng không khí bên trong công trình, nước và các hệ thống khác.

Thông thường người sử dụng công trình không có thời gian, sự quan tâm hoặc kiến thức kĩ thuật cần thiết để tối ưu hóa hệ thống nhiệt trong công trình để đạt được hiệu quả tối ưu ở mọi thời điểm.

Một công trình càng có độ tinh xảo trong thiết kế đáp ứng nhu cầu làm mát, sưởi ấm thì vai trò của hệ thống điều khiển tự động càng trở nên quan trọng hơn. Điểm khác biệt giữa có hệ thống HVAC tự động hóa tốt và tồi là nằm ở con số 5-15% mức năng lượng tiết kiệm, và đôi khi có thể gấp đôi mức này.

Không chỉ vậy, một vài giải pháp cải thiện hiệu suất cho hệ thống HVAC như quạt điều biến và thông gió theo yêu cầu cần tới hệ thống điều khiển để có thể vận hành. Chỉ riêng thông gió theo yêu cầu tiết kiệm tới 15% năng lượng cho HVAC. Hệ thống kiểm soát tốt được đo lường bằng năng lượng tiết kiệm được trong khi vẫn đảm bảo tiện nghi nhiệt tối ưu với chi phí thấp hơn và vận hành dễ dàng hơn.

                Thiết bị điều nhiệt đơn lẻ và bảng kiểm soát năng lượng tổng hợp trong công trình

Hệ thống đơn giản và phức tạp

Hệ thống kiểm soát đơn giản có thể chỉ gồm một cảm biến nhiệt độ tại lò đốt hoặc bơm nhiệt. Đối với các thiết bị khác như quạt thổi khí cưỡng bức, hệ thống đơn giản có thể là công tắc bật tắt gắn liền với thiết bị sưởi ấm hoặc làm mát.

 Hệ thống điều khiển tinh xảo hơn có sự kết hợp cùng một vài thiết bị có thể điều khiển từng thành phần nhất định của hệ thống , bật – tắt, hoặc cho hoạt động ở mức năng lượng một cách riêng biệt.

Ví dụ, thiết bị Economizer có thể bật quạt mà không cần thiết bật điều hòa hoặc nhiều cảm biến nhiệt có thể điều khiển van tại những điểm khác nhau để cuối cùng mang tới 100% không khí nóng tại một điểm trong khi những điểm khác chỉ nhận được 30%.

                                         

                                                                            Một hệ thống điều khiển phức tạp hơn

                                         

                                             Hệ thống điều khiển đơn giản nhất

Đặc điểm lợi thế của hệ thống phức tạp là nó có thể kiểm soát các hệ thống trong công trình một cách toàn diện hơn, đảm bảo tất cả các bộ phận hoạt động cùng nhau. Điểm bất lợi là hệ thống phức tạp này có thể khó để hiểu và sử dụng. Nếu hệ điều khiển quá khó để sử dụng, nó sẽ không được sử dụng đúng cách và hệ thống HVAC sẽ hoạt động kém hiệu quả.

Những hệ thống có kết hợp kiểm soát độ ẩm và nhiệt đố có thể tối ưu hóa điều kiện tiện nghi trong khi tiết kiệm năng lượng.

Ví dụ như một ngày nóng ẩm, hệ thống điều khiển có thể đảm bảo tiện nghi cho người sử dụng bằng cách bật thiết bị khử ẩm hóa học thay vì điều hòa không khí, trong ngày khô nóng thì hệ thống này có thể chạy điều hòa không khí mà không khử ẩm.

Sự kết hợp giữa các hệ thống là điểm mấu chốt trong việc xây dựng hệ thống tự động đáng tin cậy và dễ sử dụng. Hiện có hàng trăm công ty chuyên cung cấp thiết bị cảm biến, thiết bị, phần mềm và dịch vụ quản lý.

Tuy nhiên, có thể dành một lượng thời gian lớn để lựa chọn các thiết bị hoạt động phù hợp với nhau. Nhiều đơn vị lớn, thậm chí cả các cá nhân vẫn ưa thích việc lựa chọn và tự xây dựng hệ thống quản lý từ đầu.

Hệ thống tự động cho công trình ở thiết kế tinh xảo nhất còn có khả năng tự động vận hành liên tục, liên tiếp tối ưu hóa hiệu suất của mọi thiết bị và thông báo tới người quản lý khi các bộ phận cần bảo dưỡng hoặc sửa chữa.

Dự đoán nhu cầu sử dụng

Một khía cạnh quan trọng của hệ thống kiểm soát nhiệt là việc dự đoán thời điểm công trình cần ở một mức nhiệt độ nhất định, thời điểm ít quan trọng hoặc không còn quan trọng nữa.

Dự đoán mật độ sử dụng và thời gian biểu sử dụng giúp đạt được điều này. Một số hệ thống điều khiển và kiểm soát có thể sử dụng trí thông minh nhân tạo để dự đoán nhu cầu sử dụng của con người.

                                       

                                            Hệ thống điều khiển tiên tiến cho phép đặt giờ

Khi mật độ người sử dụng khó đoán hơn, cảm biến người sử dụng có thể được dùng để xác định thời điểm có hay không người sử dụng để cảm nhận nhiệt độ bên trong phòng.

Với những không gian có khối nhiệt lớn, thường cần tới thời gian dài để nhiệt độ có thể tăng hoặc giảm nên căn phòng cần được sưởi ấm hoặc làm mát trước thời điểm sử dụng. Một lần nữa việc dự đoán mật độ và thời gian biểu hoạt động sẽ có tác dụng.

Nếu khả năng dự đoán là không thể thực hiện, điều khiển từ xa qua ứng dụng điện thoại hoặc trang web có thể được áp dụng để bật hệ thống làm mát hoặc sưởi ấm trước khi người sử dụng bước vào công trình.

Kết hợp hệ thống chủ động và bị động

Hiệu quả tiết kiệm năng lượng tối ưu yêu cầu tới việc sử dụng tối đa các giải pháp sưởi ấm và làm mát thụ động. Tuy nhiên, hệ thống điều khiển nhiệt truyền thống chỉ sử dụng thiết bị HVAC để sưởi ấm và làm mát. Hệ thống tiên tiến có thể kết hợp cả hai thông qua việc kiểm soát một cách chủ động các hệ thống thụ động.

Hệ thống thụ động có thể được kiểm soát một cách chủ động thông qua việc điều khiển các thiết bị cần phải di chuyển như cửa sổ, cửa trời, lam thông gió hoặc lam chắn nắng.

Tác động hay ứng dụng của nó ít có thể được dự đoán hơn so với thiết bị HVAC nhưng dựa trên việc thu ý kiến phản hồi thường xuyên sẽ giúp kiểm soát điều này.

Ví dụ như việc mở một vài cửa sổ và cửa trời để làm mát công trình sẽ có hiệu quả làm mát ít hay nhiều phụ thuộc vào không khí bên ngoài mát như thế nào và có bao nhiêu không khi được lưu thông vào bên trong.

Nhưng nếu hệ thống điều khiển có thể đo đạc sự thay đổi nhiệt độ tố, nó vẫn có thể vận hành cửa sổ và cửa trời tương tự như chúng là điều hòa. Khi cần làm mát nhiều hơn, nó có thể được mở rộng hơn, khi cần làm mát ít hơn, nó có thể được mở ít hơn hoặc đóng hoàn toàn.

Một hệ thống thông minh có thể nhận ra việc cửa sổ và cửa trời cho dù được mở tối đa vẫn không làm mát đủ theo yêu cầu và do đó sẽ chuyển chế độ đóng hết toàn bộ công trình và thay vào đó là khởi động hệ thống điều hòa không khí HVAC.

Điều khiển và vận hành hệ thống HVAC

Mô tả giải pháp

Ngay cả khi đã lựa chọn được thiết bị, thiết kế được hệ thống và xây dựng công trình – đây mới chỉ là bước đầu trong việc hướng tới công trình hiệu quả cao. Cần có được sự dễ dàng và thuận tiện cho người quản lý lẫn người sử dụng để công trình vận hành ở hiệu quả tối ưu.