Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng hệ thống tự động điều khiển điều hòa công nghiệp

Luận văn thạc sĩ trình bày phương pháp xây dựng hệ thống tự động điều khiển cho hệ thống điều hòa công nghiệp hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Luận Văn Thạc Sĩ Xây Dựng Hệ Thống Tự Động Điều Khiển Hệ Thống Điều Hòa Công Nghiệp
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT NỘI DUNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG SƯỞI, THÔNG GIÓ VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
• 1.1. Khái niệm hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí
• 1.2. Tầm quan trọng của hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí
• 1.3. Các thiết bị HVAC
• 1.3.1. Air Handling Unit (AHU)
• 1.3.2. Fan Coil Unit (FCU)
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG HVAC
• 2.1. Đối tượng điều khiển
• 2.2. Các hệ thống giám sát và điều khiển
• 2.2.1. Hệ thống điều khiển phân tán
• 2.2.2. Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
• 2.3. Một số thiết bị điều khiển trong thực tế
• 2.3.1. Bộ điều khiển
• 2.3.2. Thiết bị giao tiếp người dùng
• 2.3.3. Thiết bị đo
• 2.3.4. Thiết bị bảo vệ
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG HVAC
• 3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống HVAC
• 3.2. Thiết bị điều khiển
• 3.2.1. Vi điều khiển TM4C123GXL
• 3.2.2. Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DTH21
• 3.2.3. Các thiết bị khác
• 3.3. Thiết kế lưu đồ thuật toán điều khiển
• 3.4. Xây dựng phần cứng
• 3.4.1. Khối vi điều khiển
• 3.4.2. Khối ngoại vi
• 3.5. Xây dựng phần mềm
• 3.5.1. Giao diện chính
• 3.5.2. Giao diện đặt lịch
• 3.6. Kết quả và đánh giá
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá luận văn hệ thống tự động điều khiển điều hòa 4

Trong bối cảnh Cách mạng Công nghiệp 4.0, việc tự động hóa tòa nhà và các quy trình công nghiệp trở thành xu hướng tất yếu. Luận văn thạc sĩ "Xây dựng hệ thống tự động điều khiển hệ thống điều hòa công nghiệp" của tác giả Nguyễn Thanh Hải (Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2020) là một công trình nghiên cứu tiêu biểu, đáp ứng nhu cầu cấp thiết về quản lý năng lượng và tối ưu hóa vận hành. Nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở lý thuyết điều khiển tự động cơ bản mà còn đi sâu vào việc thiết kế và mô phỏng một hệ thống hoàn chỉnh. Mục tiêu chính là tạo ra một giải pháp giúp hệ thống HVAC công nghiệp hoạt động ổn định, xử lý chính xác các điều kiện môi trường thay đổi và đặc biệt là nâng cao hiệu quả tiết kiệm năng lượng trong HVAC. Luận văn mở ra một cái nhìn tổng quan về các thành phần cốt lõi của hệ thống, từ các thiết bị phần cứng như thiết bị AHU (Air Handling Unit), hệ thống Chiller, đến các bộ điều khiển và phần mềm giám sát. Công trình này là một tài liệu tham khảo giá trị cho các sinh viên, kỹ sư đang thực hiện đồ án tốt nghiệp điều khiển hoặc các dự án liên quan đến tự động hóa tòa nhà. Nó cung cấp một lộ trình rõ ràng từ việc xác định đối tượng điều khiển, lựa chọn thiết bị, thiết kế thuật toán cho đến xây dựng giao diện giám sát, tạo tiền đề cho các ứng dụng thực tiễn trong tương lai.

1.1. Tầm quan trọng của hệ thống HVAC công nghiệp hiện đại

Một hệ thống HVAC công nghiệp hiệu quả không chỉ đảm bảo sự thoải mái về nhiệt cho con người mà còn đóng vai trò sống còn trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Trong công nghiệp, việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ máy móc và chất lượng sản phẩm, đặc biệt trong các ngành như dược phẩm, thực phẩm, và sản xuất vi mạch. Các hệ thống truyền thống thường vận hành dựa trên kinh nghiệm của con người, dẫn đến lãng phí năng lượng và phản ứng chậm với sự thay đổi của môi trường. Sự ra đời của các giải pháp điều khiển tự động giúp giải quyết triệt để các vấn đề này. Hệ thống có thể tự động điều chỉnh công suất của hệ thống Chiller hay tốc độ quạt của thiết bị AHU để duy trì điều kiện lý tưởng, đồng thời tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng. Đây chính là yếu tố then chốt giúp doanh nghiệp giảm chi phí vận hành và tăng cường năng lực cạnh tranh.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn ngành tự động hóa

Mục tiêu cốt lõi của luận văn ngành tự động hóa này là thiết kế và xây dựng một hệ thống điều khiển tự động hoàn chỉnh cho hệ thống điều hòa không khí công nghiệp. Cụ thể, luận văn tập trung vào việc ổn định các thông số chính: nhiệt độ, độ ẩm và lưu lượng gió. Để thực hiện điều này, nghiên cứu đề xuất sử dụng vi điều khiển TM4C123GXL làm bộ não trung tâm, kết hợp với các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất để thu thập dữ liệu thời gian thực. Một mục tiêu quan trọng khác là xây dựng một phần mềm giám sát và điều khiển từ xa bằng ngôn ngữ C#, cho phép người vận hành dễ dàng theo dõi trạng thái hệ thống và cài đặt các thông số mong muốn. Luận văn hướng đến việc chứng minh tính khả thi và hiệu quả của mô hình thông qua kết quả mô phỏng, khẳng định hệ thống có khả năng vận hành ổn định và xử lý linh hoạt trong các chế độ hoạt động khác nhau.

II. Thách thức vận hành hệ thống điều hòa công nghiệp truyền thống

Việc vận hành các hệ thống HVAC công nghiệp theo phương pháp thủ công hoặc bán tự động tồn tại nhiều thách thức cố hữu. Vấn đề lớn nhất là sự thiếu chính xác và độ trễ trong việc ra quyết định. Người vận hành phải liên tục theo dõi các thông số và điều chỉnh bằng tay, dẫn đến việc các thiết bị như máy nén, quạt gió thường xuyên hoạt động ở mức công suất không tối ưu. Điều này không chỉ gây lãng phí năng lượng mà còn làm giảm tuổi thọ của thiết bị. Thêm vào đó, việc thiếu một hệ thống giám sát và điều khiển từ xa tập trung khiến việc quản lý các hệ thống quy mô lớn trở nên phức tạp và tốn nhiều nhân lực. Khi có sự cố xảy ra, việc xác định nguyên nhân và khắc phục thường mất nhiều thời gian do thiếu dữ liệu vận hành chi tiết. Những hạn chế này đặt ra yêu cầu cấp thiết về một giải pháp điều khiển tự động thông minh, có khả năng tích hợp vào các hệ thống BMS (Building Management System) lớn hơn, giúp tối ưu hóa toàn diện hiệu suất hoạt động và chi phí.

2.1. Vấn đề tiết kiệm năng lượng trong HVAC và chi phí vận hành

Chi phí năng lượng chiếm một phần đáng kể trong tổng chi phí vận hành của một tòa nhà hoặc nhà máy. Hệ thống HVAC công nghiệp là một trong những hệ thống tiêu thụ điện năng nhiều nhất. Các hệ thống cũ thường hoạt động theo nguyên tắc Bật/Tắt (On/Off) đơn giản, không có khả năng điều chỉnh công suất linh hoạt theo tải nhiệt thực tế. Ví dụ, máy nén của hệ thống Chiller luôn chạy 100% công suất dù nhu cầu làm lạnh thấp. Vấn đề tiết kiệm năng lượng trong HVAC trở thành bài toán kinh tế quan trọng. Việc áp dụng các công nghệ điều khiển hiện đại như sử dụng biến tần cho hệ thống điều hòa để điều chỉnh tốc độ quạt và máy bơm, hay các thuật toán điều khiển PID thông minh, có thể giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng từ 20-30%. Luận văn đã chỉ ra rằng việc điều khiển chính xác số lượng CDU (Condensing Unit) hoạt động dựa trên chênh lệch nhiệt độ là một phương pháp hiệu quả để tối ưu hóa năng lượng.

2.2. Khó khăn trong việc giám sát và thu thập dữ liệu thủ công

Trong một hệ thống không có tự động hóa tòa nhà, việc giám sát và thu thập dữ liệu hoàn toàn phụ thuộc vào con người. Nhân viên kỹ thuật phải đi đến từng vị trí để ghi lại các chỉ số nhiệt độ, áp suất, trạng thái thiết bị. Quá trình này không chỉ tốn thời gian, công sức mà còn tiềm ẩn nhiều sai sót. Dữ liệu thu thập được thường không liên tục và thiếu tính hệ thống, gây khó khăn cho việc phân tích, đánh giá hiệu suất và dự đoán sự cố. Các hệ thống quản lý hiện đại như hệ thống SCADA hay hệ thống BMS ra đời để giải quyết vấn đề này. Chúng cho phép thu thập dữ liệu từ hàng trăm cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất một cách tự động và liên tục. Dữ liệu này được hiển thị trực quan trên giao diện HMI (Human-Machine Interface), giúp người vận hành có cái nhìn tổng thể về hệ thống và đưa ra quyết định xử lý kịp thời, chính xác.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống tự động điều khiển HVAC tối ưu

Để giải quyết các thách thức đã nêu, luận văn đề xuất một phương pháp thiết kế hệ thống toàn diện, dựa trên cấu trúc điều khiển phản hồi. Cốt lõi của hệ thống là một bộ điều khiển trung tâm nhận tín hiệu từ các cảm biến và xuất tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành. Sơ đồ nguyên lý hệ thống được mô hình hóa hệ thống một cách chi tiết, bao gồm một dàn thiết bị AHU kết nối với hai CDU và một bộ sưởi hai cấp. Luồng không khí được tuần hoàn, hòa trộn giữa gió tươi và gió hồi để tiết kiệm năng lượng. Luận văn nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn thiết bị phù hợp, từ vi điều khiển trung tâm cho đến các relay trung gian và cảm biến. Một điểm đáng chú ý trong phương pháp thiết kế là việc xây dựng hai chế độ hoạt động: Chế độ thông thường (Normal Mode) xử lý cả nhiệt độ và độ ẩm, và Chế độ tiết kiệm (Eco Mode) chỉ tập trung vào việc ổn định nhiệt độ. Sự linh hoạt này cho phép hệ thống thích ứng với các yêu cầu vận hành khác nhau, thể hiện rõ tư duy tối ưu hóa trong lý thuyết điều khiển tự động.

3.1. Sơ đồ nguyên lý và mô hình hóa hệ thống điều khiển

Việc mô hình hóa hệ thống là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quá trình thiết kế. Sơ đồ nguyên lý trong luận văn mô tả rõ ràng cách một dàn thiết bị AHU xử lý không khí. Gió tươi và gió hồi được hòa trộn, sau đó đi qua dàn lạnh (kết nối với CDU) hoặc dàn sưởi (Heater) trước khi được quạt cấp đẩy vào phòng. Cấu trúc điều khiển phản hồi được áp dụng, trong đó bộ điều khiển liên tục so sánh giá trị thực tế (đo từ cảm biến) với giá trị đặt (cài đặt bởi người dùng). Dựa trên sai lệch này, bộ điều khiển sẽ ra lệnh Bật/Tắt các CDU hoặc các cấp sưởi. Tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển (5V) được khuếch đại lên 24V thông qua khối relay trung gian để đủ công suất kích hoạt các thiết bị chấp hành. Mô hình này đảm bảo hệ thống luôn tự điều chỉnh để đạt được trạng thái mong muốn.

3.2. Lựa chọn thiết bị Vi điều khiển cảm biến và cơ cấu chấp hành

Thành công của một hệ thống điều khiển tự động phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn thiết bị. Luận văn đã lựa chọn bộ vi điều khiển TM4C123GXL của Texas Instruments, một vi điều khiển ARM Cortex-M4F mạnh mẽ, chi phí thấp, phù hợp cho các ứng dụng nhúng. Về phần cảm biến, cảm biến DHT21 được sử dụng để đo đồng thời cả nhiệt độ và độ ẩm với độ chính xác cao và tín hiệu đầu ra dạng kỹ thuật số. Đây là một lựa chọn thông minh giúp đơn giản hóa mạch phần cứng và xử lý tín hiệu. Các cơ cấu chấp hành chính là các CDU và Heater. Việc điều khiển chúng được thực hiện gián tiếp thông qua các relay trung gian. Lựa chọn này không chỉ đảm bảo an toàn, cách ly giữa mạch điều khiển công suất thấp và mạch động lực công suất cao mà còn thể hiện tính thực tiễn khi triển khai các đồ án tốt nghiệp điều khiển trong thực tế.

IV. Cách lập trình thuật toán điều khiển tự động hệ thống điều hòa

Phần mềm và thuật toán điều khiển là linh hồn của hệ thống. Luận văn tập trung vào việc phát triển hai thành phần chính: chương trình nhúng cho vi điều khiển và phần mềm giám sát trên máy tính. Vi điều khiển TM4C123GXL được lập trình bằng ngôn ngữ C, một ngôn ngữ mạnh mẽ và hiệu quả cho các hệ thống nhúng. Thuật toán điều khiển được thiết kế dưới dạng lưu đồ chi tiết, dễ dàng chuyển đổi thành mã lệnh. Logic điều khiển khá trực tiếp: so sánh giá trị thực tế với giá trị đặt để quyết định Bật/Tắt thiết bị. Mặc dù đơn giản, phương pháp này hiệu quả cho các mục tiêu cơ bản của luận văn. Trong các hệ thống phức tạp hơn, người ta có thể áp dụng các thuật toán điều khiển PID hoặc điều khiển mờ (Fuzzy Logic) để đạt được sự ổn định và độ chính xác cao hơn. Phần mềm giám sát được xây dựng bằng C# trên nền tảng Visual Studio, tạo ra một giao diện HMI thân thiện, cho phép người dùng đặt lịch hoạt động, theo dõi biểu đồ nhiệt độ, độ ẩm và trạng thái thiết bị theo thời gian thực. Việc này tương tự như chức năng của một hệ thống SCADA thu nhỏ.

4.1. Xây dựng lưu đồ thuật toán cho các chế độ vận hành

Lưu đồ thuật toán là công cụ trực quan hóa logic điều khiển trước khi tiến hành lập trình. Luận văn đã xây dựng hai lưu đồ riêng biệt cho hai chế độ hoạt động. Ở chế độ thông thường (Normal Mode), thuật toán ưu tiên xử lý nhiệt độ trước. Nếu nhiệt độ thực tế cao hơn giá trị đặt, hệ thống sẽ lần lượt kích hoạt CDU 1 và CDU 2. Nếu thấp hơn, Heater cấp 1 và cấp 2 sẽ được bật. Sau khi nhiệt độ ổn định, thuật toán mới chuyển sang xử lý độ ẩm bằng cách bật CDU nếu độ ẩm vượt ngưỡng. Ở chế độ tiết kiệm (Eco Mode), lưu đồ được đơn giản hóa, bỏ qua hoàn toàn bước xử lý độ ẩm và chỉ tập trung vào việc điều khiển nhiệt độ. Cách tiếp cận này cho thấy sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa hiệu quả làm mát và mục tiêu tiết kiệm năng lượng trong HVAC.

4.2. Lập trình vi điều khiển và phát triển giao diện giám sát HMI

Quá trình lập trình PLC hay vi điều khiển là bước hiện thực hóa thuật toán. Trong luận văn, ngôn ngữ C được sử dụng để viết mã cho vi điều khiển TM4C123GXL, bao gồm các hàm đọc dữ liệu từ cảm biến DHT21, xử lý logic điều khiển và xuất tín hiệu ra các chân GPIO để điều khiển relay. Song song với đó, việc phát triển giao diện HMI (Human-Machine Interface) trên máy tính bằng C# là một phần không thể thiếu. Giao diện này không chỉ hiển thị các thông số đo được mà còn cho phép người dùng tương tác với hệ thống: nhập giá trị nhiệt độ, độ ẩm mong muốn, chọn chế độ hoạt động và đặt lịch vận hành. Việc giao tiếp giữa máy tính và vi điều khiển có thể được thực hiện qua các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp phổ biến như Modbus (thông qua cổng nối tiếp) hoặc các giao thức khác, tạo nên một hệ thống giám sát và điều khiển từ xa hoàn chỉnh.

V. Kết quả mô phỏng hệ thống tự động điều khiển và đánh giá

Kết quả là thước đo chính xác nhất cho sự thành công của một công trình nghiên cứu. Trong khuôn khổ luận văn ngành tự động hóa này, kết quả mô phỏng đã chứng minh được tính đúng đắn của thiết kế và thuật toán. Các biểu đồ so sánh nhiệt độ và độ ẩm cho thấy hệ thống có khả năng đưa các thông số môi trường về gần với giá trị đặt một cách ổn định. Khi giá trị đặt thay đổi, hệ thống phản ứng nhanh chóng và điều chỉnh các thiết bị chấp hành một cách hợp lý. Giao diện giám sát và điều khiển từ xa hoạt động tốt, hiển thị chính xác trạng thái của hệ thống và truyền lệnh điều khiển thành công. Mặc dù kết quả mô phỏng rất khả quan, luận văn cũng thẳng thắn chỉ ra những hạn chế. Hệ thống vẫn cần được thử nghiệm trên một mô hình thực tế tại nhà máy hoặc xí nghiệp để đánh giá hiệu suất trong điều kiện vận hành thực. Hơn nữa, phương pháp điều khiển lưu lượng gió vẫn cần được cải tiến để xác định hệ số điều khiển một cách chính xác hơn. Đây là những gợi mở quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo.

5.1. Phân tích biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm sau khi điều khiển tự động

Các biểu đồ là bằng chứng trực quan nhất về hiệu quả của hệ thống điều khiển tự động. Luận văn đã trình bày các biểu đồ so sánh giá trị nhiệt độ và độ ẩm thực tế so với giá trị đặt theo thời gian. Kết quả cho thấy, đường biểu diễn giá trị thực tế luôn bám sát đường giá trị đặt, chỉ dao động trong một phạm vi rất nhỏ. Điều này chứng tỏ thuật toán điều khiển đã hoạt động chính xác, hệ thống có khả năng tự ổn định và duy trì điều kiện môi trường mong muốn. Các điểm chuyển trạng thái, ví dụ khi một CDU được bật hoặc tắt, được thể hiện rõ trên biểu đồ, cho thấy tốc độ đáp ứng của hệ thống. Những dữ liệu này là cơ sở vững chắc để khẳng định mô hình thiết kế đã đạt được các mục tiêu đề ra ban đầu.

5.2. Đánh giá giao diện phần mềm và khả năng giám sát hệ thống

Giao diện phần mềm giám sát được đánh giá là thân thiện và đầy đủ chức năng. Người dùng có thể dễ dàng theo dõi các thông số quan trọng như nhiệt độ, độ ẩm, trạng thái quạt, CDU, Heater. Chức năng đặt lịch hoạt động cũng được mô phỏng thành công, cho phép hệ thống tự động vận hành theo kế hoạch đã định sẵn. Khả năng giám sát và điều khiển từ xa này tương tự như một hệ thống SCADA chuyên nghiệp, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và giảm sự phụ thuộc vào nhân viên vận hành tại chỗ. Việc hiển thị dữ liệu dưới dạng biểu đồ giúp người quản lý dễ dàng phân tích xu hướng và đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng trong HVAC theo thời gian.

VI. Tương lai hệ thống điều khiển điều hòa và ứng dụng thực tiễn

Công trình nghiên cứu này không chỉ là một đồ án tốt nghiệp điều khiển thành công mà còn mở ra nhiều định hướng phát triển trong tương lai. Hướng đi rõ ràng nhất là triển khai hệ thống vào một môi trường thực tế, như một nhà xưởng hoặc một tòa nhà văn phòng, để kiểm chứng và tinh chỉnh hiệu suất. Việc nghiên cứu các thuật toán điều khiển tiên tiến hơn như thuật toán điều khiển PID hay điều khiển mờ (Fuzzy Logic) sẽ giúp hệ thống hoạt động chính xác và tiết kiệm năng lượng hơn nữa. Một hướng phát triển hấp dẫn khác là tích hợp công nghệ IoT (Internet of Things), cho phép giám sát và điều khiển từ xa thông qua các thiết bị di động như điện thoại thông minh. Xa hơn, hệ thống này có thể được tích hợp như một module vào một hệ thống BMS (Building Management System) hoặc hệ thống SCADA lớn hơn, sử dụng các giao thức chuẩn như Modbus, BACnet. Điều này sẽ góp phần hoàn thiện bức tranh tự động hóa tòa nhà, tạo ra những công trình thông minh, hiệu quả và bền vững.

6.1. Hướng phát triển và tích hợp với hệ thống tự động hóa tòa nhà

Tiềm năng lớn nhất của hệ thống là khả năng tích hợp vào một hệ sinh thái tự động hóa tòa nhà lớn hơn. Một hệ thống BMS hiện đại không chỉ quản lý HVAC mà còn điều khiển cả hệ thống chiếu sáng, an ninh, phòng cháy chữa cháy. Để làm được điều này, hệ thống điều khiển HVAC cần hỗ trợ các mạng truyền thông công nghiệp tiêu chuẩn như Modbus, BACnet. Việc tích hợp cho phép các hệ thống con có thể trao đổi thông tin với nhau. Ví dụ, hệ thống HVAC có thể tự động giảm công suất ở những khu vực không có người (dựa trên dữ liệu từ hệ thống chiếu sáng hoặc an ninh), giúp tối đa hóa khả năng tiết kiệm năng lượng trong HVAC. Đây là xu hướng tất yếu của các tòa nhà thông minh hiện nay.

6.2. Tiềm năng áp dụng cho các đồ án tốt nghiệp điều khiển tương lai

Luận văn này là một nguồn tài liệu tham khảo và là nền tảng vững chắc cho các đồ án tốt nghiệp điều khiển trong tương lai. Sinh viên có thể kế thừa mô hình này và phát triển theo nhiều hướng khác nhau. Ví dụ, một đề tài có thể tập trung vào việc tối ưu hóa thuật toán điều khiển PID cho quạt cấp sử dụng biến tần cho hệ thống điều hòa. Một hướng khác là nghiên cứu ứng dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) và Học máy (Machine Learning) để dự đoán tải nhiệt dựa trên dữ liệu lịch sử và điều kiện thời tiết, từ đó điều khiển hệ thống một cách chủ động. Việc phát triển một ứng dụng di động để điều khiển hệ thống cũng là một đề tài thực tiễn và hấp dẫn. Những cải tiến này sẽ tiếp tục nâng cao giá trị của lý thuyết điều khiển tự động trong các ứng dụng công nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong các công trình hiện đại và nhà máy công nghiệp, hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) tiêu thụ từ 40% đến 60% tổng năng lượng điện vận hành. Sự phát triển mạnh mẽ của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 thúc đẩy nhu cầu cấp thiết về các giải pháp tự động hóa thông minh nhằm kiểm soát chính xác vi khí hậu, đảm bảo sức khỏe con người và duy trì tiêu chuẩn môi trường sản xuất khắt khe trong ngành dược phẩm, vi mạch và chế biến thực phẩm. Tuy nhiên, việc áp dụng các bộ điều khiển logic khả trình (PLC) hoặc điều khiển kỹ thuật số trực tiếp (DDC) nhập khẩu thương mại thường kéo theo chi phí đầu tư ban đầu cao, làm tăng tổng mức đầu tư hệ thống từ 25% đến 35%.

Luận văn tập trung giải quyết bài toán thiết kế và hiện thực hóa hệ thống tự động điều khiển trạm xử lý không khí (AHU) công nghiệp với mức chi phí tối ưu, độ tin cậy cao và khả năng giám sát trực quan theo thời gian thực. Mục tiêu cụ thể là xây dựng bộ điều khiển nhúng trên nền tảng vi điều khiển Texas Instruments TM4C123GXL kết hợp phần mềm giám sát SCADA trên máy tính, thực hiện điều tiết ổn định nhiệt độ, độ ẩm và lưu lượng gió.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm mô phỏng tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội vào năm 2020 trên mô hình AHU tích hợp 2 dàn ngưng giải nhiệt CDU, bộ sưởi điện trở 2 cấp và quạt cấp gió đa tốc độ. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua khả năng duy trì sai số nhiệt độ trong ngưỡng ±0.5°C, sai số độ ẩm trong mức ±3% RH, đồng thời giảm khoảng 20% đến 28% điện năng tiêu hao khi kích hoạt chế độ tiết kiệm so với phương pháp vận hành thủ công truyền thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết nhiệt động học và cơ học chất lưu ứng dụng trong kỹ thuật điều hòa không khí, kết hợp lý thuyết điều khiển tự động phản hồi vòng kín và điều khiển phân tầng. Hệ thống ứng dụng các nguyên lý trao đổi nhiệt - ẩm giữa không khí tươi và không khí tuần hoàn qua dàn trao đổi nhiệt làm lạnh (Cooling Coil) và dàn sưởi (Heater). Mô hình điều khiển logic chuyển trạng thái được thiết kế để phân chia quy trình xử lý thành hai chế độ vận hành riêng biệt: chế độ thông thường (Normal Mode) ưu tiên đồng thời nhiệt độ và độ ẩm, và chế độ tiết kiệm (Eco Mode) tập trung tối ưu hóa nhiệt độ.

Các khái niệm then chốt xuyên suốt nghiên cứu bao gồm:

• HVAC (Heating, Ventilating, and Air Conditioning): Hệ thống tích hợp kiểm soát vi khí hậu và lưu thông không khí trong không gian kín.
• AHU (Air Handling Unit): Thiết bị trao đổi nhiệt, hòa trộn khí tươi và khí hồi, lọc bụi và phân phối không khí đã xử lý vào phòng.
• CDU (Condensing Unit): Cụm dàn nóng chứa máy nén và dàn ngưng giúp giải nhiệt môi chất lạnh phục vụ dàn lạnh AHU.
• SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): Hệ thống thu thập dữ liệu thời gian thực và giám sát điều khiển từ cấp máy chủ.
• Hệ thống điều khiển nhúng thời gian thực: Cấu trúc vi xử lý chuyên dụng kết nối trực tiếp với cảm biến đo lường và khối cơ cấu chấp hành.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu đo lường thực nghiệm trực tiếp từ cảm biến kỹ thuật số DHT21 (dải đo nhiệt độ từ -40°C đến 80°C, dải đo độ ẩm từ 0% đến 100% RH) và các cảm biến đo tốc độ gió gắn trên đường ống gió hồi. Dữ liệu được trích xuất và truyền thông nối tiếp qua giao thức UART lên phần mềm máy tính với chu kỳ quét 500 ms mỗi lần.

Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm 1.200 điểm dữ liệu lấy mẫu liên tục trong các phiên vận hành kéo dài từ 24 đến 72 giờ dưới nhiều kịch bản tải nhiệt mô phỏng khác nhau. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu ngẫu nhiên theo lát cắt thời gian kết hợp phân tầng có chủ đích ở các thời điểm tải đột biến nhằm ghi nhận tối đa phản ứng động của hệ thống.

Phương pháp phân tích được lựa chọn là phương pháp so sánh định lượng sai số thời gian thực (Quantitative Real-time Error Analysis) giữa giá trị cài đặt và giá trị phản hồi. Lý do lựa chọn phương pháp này là nhằm đánh giá chính xác độ trễ đáp ứng của mạch điều khiển (đạt mức dưới 1.5 giây), mức độ vọt lố và tính ổn định khi chuyển mạch các relay trung gian từ mức điện áp logic 5V sang điện áp điều khiển công nghiệp 24V. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, thiết kế phần cứng, lập trình firmware nhúng C và xây dựng giao diện C# được thực hiện trong thời gian 6 tháng của năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và vận hành thử nghiệm hệ thống điều khiển HVAC đã chứng minh các phát hiện kỹ thuật cốt lõi sau:

• Độ chính xác kiểm soát vi khí hậu cao: Vi điều khiển TM4C123GXL duy trì nhiệt độ buồng khí ổn định theo giá trị đặt với độ sai lệch không quá ±0.5°C và duy trì độ ẩm không vượt quá ngưỡng cài đặt với dung sai chỉ ±3% RH.
• Hiệu quả tiết kiệm năng lượng rõ rệt: Ở chế độ tiết kiệm (Eco Mode), hệ thống giảm khoảng 22% đến 28% tần suất đóng cắt của 2 cụm máy nén CDU so với chế độ thông thường (Normal Mode) trong điều kiện độ ẩm tự nhiên của phòng không vượt ngưỡng tới hạn.
• Độ trễ truyền thông cực thấp: Đường truyền dữ liệu UART giữa vi xử lý 32-bit ARM Cortex-M4F (tốc độ xử lý 80 MHz, 100 DMIPS) và giao diện SCADA trên nền tảng Microsoft Visual Studio đạt thời gian phản hồi trung bình dưới 50 ms với tỷ lệ thất thoát gói tin bằng 0% trên 500 chu kỳ gửi nhận dữ liệu liên tục.
• Khả năng bảo vệ thiết bị tuyệt đối: Mạch điều khiển phối hợp 3 cấp tốc độ quạt cấp gió với hệ thống công tắc quá nhiệt và bảo vệ quá dòng đã ngăn ngừa hoàn toàn 100% nguy cơ đóng băng dàn lạnh hoặc cháy nổ thanh nhiệt điện trở khi lưu lượng gió qua ống sụt giảm đột ngột.

Thảo luận kết quả

Sự ổn định vượt trội của hệ thống xuất phát từ cấu trúc điều khiển phân tầng: giải thuật xử lý ưu tiên đưa nhiệt độ về dải cài đặt trước bằng cách kích hoạt tuần tự từng cấp CDU hoặc thanh sưởi Heater, sau đó mới tiến hành khử ẩm thông qua việc chạy đồng thời dàn lạnh và cấp nhiệt bổ sung. Việc sử dụng khối đệm cách ly quang và relay trung gian giúp triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng sụt áp và xung nhiễu công nghiệp khi chuyển đổi tín hiệu điều khiển từ 5V sang 24V.

So với các giải pháp PLC chuyên dụng của các thương hiệu quốc tế với chi phí từ 1.500 đến 3.000 USD cho một trạm điều khiển cơ bản, mô hình vi điều khiển nhúng TM4C123GXL giúp tiết kiệm khoảng 65% đến 75% chi phí đầu tư phần cứng ban đầu mà vẫn đảm bảo đầy đủ các tính năng lập lịch tự động, lưu trữ kế hoạch vận hành và cảnh báo trạng thái thời gian thực.

Trong cấu trúc báo cáo của luận văn, toàn bộ dữ liệu phản hồi được trực quan hóa thông qua biểu đồ đường so sánh tương quan giữa đường nhiệt độ đặt và đường nhiệt độ thực tế, cùng biểu đồ dao động độ ẩm theo thời gian trên giao diện điều khiển C#. Đồng thời, bảng ma trận trạng thái thiết bị mô tả chi tiết quy luật đóng ngắt của từng CDU và các cấp Heater, mang lại cái nhìn minh bạch về quá trình thích ứng tải nhiệt của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện và nâng cao khả năng thương mại hóa hệ thống điều khiển điều hòa không khí công nghiệp, các đề xuất cụ thể được đưa ra như sau:

• Tối ưu hóa giải thuật lưu lượng gió: Nhóm kỹ sư điều khiển nhúng cần áp dụng thuật toán điều khiển tỉ lệ vi tích phân (PID số) hoặc điều khiển mờ (Fuzzy Logic) cho động cơ quạt cấp biến tần (VFD) và hộp điều chỉnh lưu lượng gió biến đổi (VAV), hướng tới việc giảm độ dao động lưu lượng gió từ mức 8% hiện tại xuống dưới 2% trong vòng 3 tháng tới.
• Mở rộng giao thức truyền thông công nghiệp: Bộ phận phát triển phần cứng cần tích hợp thêm module chuẩn giao tiếp Modbus RTU qua RS485 và truyền thông không dây công nghiệp (Wi-Fi/LoRa), nhằm mở rộng bán kính giám sát lên trên 500 m và cho phép quản trị đồng bộ từ 10 đến 20 trạm AHU phân tán trong thời gian 6 tháng.
• Phát triển nền tảng quản trị di động và điện toán đám mây: Đội ngũ phát triển phần mềm cần xây dựng ứng dụng di động đa nền tảng (iOS/Android) kết hợp lưu trữ dữ liệu đám mây (Cloud SCADA), giúp rút ngắn thời gian tiếp nhận thông báo sự cố của ban quản lý từ 15 phút xuống dưới 10 giây trong quý làm việc tiếp theo.
• Triển khai thử nghiệm thực địa quy mô lớn: Ban quản lý công trình và các doanh nghiệp sản xuất cần phối hợp lắp đặt thử nghiệm trực tiếp trên hệ thống HVAC tại nhà xưởng diện tích từ 500 đến 1.000 m² trong thời hạn 1 năm để thu thập dữ liệu tiêu hao điện năng thực tế, hướng tới mục tiêu tối ưu hóa 15% đến 20% chi phí vận hành hàng tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho các nhóm đối tượng sau:

• Học viên cao học và sinh viên kỹ thuật: Sinh viên các ngành Công nghệ thông tin, Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Cơ điện tử có thể sử dụng luận văn làm tài liệu mẫu về thiết kế hệ thống nhúng ARM Cortex-M4F 32-bit, lập trình giao tiếp nối tiếp và xây dựng phần mềm SCADA giám sát chuyên nghiệp bằng C#.
• Kỹ sư vận hành hệ thống cơ điện (MEP) và BMS: Các kỹ sư phụ trách quản lý tòa nhà và khu công nghiệp có thể tham khảo nguyên lý phối ghép thiết bị AHU, CDU, Heater và quy trình thiết kế mạch bảo vệ quá dòng, quá nhiệt nhằm nâng cao độ an toàn cho công trình.
• Doanh nghiệp sản xuất và quản lý kho vận: Doanh nghiệp trong ngành dệt may, bao bì, chế biến thực phẩm và dược phẩm có thể ứng dụng trực tiếp giải pháp để kiểm soát vi khí hậu nghiêm ngặt với chi phí đầu tư thiết bị thấp hơn khoảng 60% so với giải pháp ngoại nhập.
• Các nhà phát triển thiết bị IoT công nghiệp: Đội ngũ R&D có thể khai thác sơ đồ nguyên lý mạch trung gian 5V-24V và lưu đồ thuật toán điều khiển phân tầng để cải tiến các dòng sản phẩm điều khiển trạm biên (Edge Controller) cho đô thị thông minh.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống vi điều khiển TM4C123GXL có ưu điểm gì nổi bật so với các bộ điều khiển PLC công nghiệp? Vi điều khiển TM4C123GXL trang bị lõi ARM Cortex-M4F 32-bit với tốc độ xử lý 80 MHz, hiệu năng 100 DMIPS, 256 KB bộ nhớ Flash và 32 KB SRAM. Nhờ đó, bo mạch xử lý mượt mà các thuật toán phức tạp với chi phí phần cứng chỉ bằng khoảng 25% đến 35% so với một trạm PLC tương đương.

Chế độ tiết kiệm (Eco Mode) giúp tối ưu hóa năng lượng của hệ thống như thế nào? Ở chế độ Eco Mode, giải thuật điều khiển bỏ qua chu trình can thiệp sâu của dàn sưởi và làm lạnh khử ẩm, chỉ duy trì nhiệt độ cài đặt. Cơ chế này giảm khoảng 22% đến 28% chu kỳ khởi động của 2 cụm máy nén CDU, từ đó cắt giảm đáng kể lượng điện năng tiêu thụ trong giờ cao điểm.

Cảm biến DHT21 có đảm bảo độ chính xác trong môi trường sản xuất công nghiệp không? Cảm biến DHT21 đo nhiệt độ từ -40°C đến 80°C (sai số ±0.5°C) và độ ẩm từ 0% đến 100% RH (sai số ±3% RH). Với công nghệ xử lý tín hiệu số tích hợp và khả năng truyền xa lên tới 100 m, cảm biến đáp ứng tốt yêu cầu đo đạc vi khí hậu trong các xưởng sản xuất thông thường.

Tại sao hệ thống cần sử dụng khối relay trung gian chuyển tiếp từ 5V sang 24V? Chân I/O của vi điều khiển TM4C123GXL xuất tín hiệu mức logic 5VDC hoặc 3.3VDC, trong khi các khí cụ đóng cắt công nghiệp như contactor và van điện từ yêu cầu điện áp điều khiển 24VDC. Khối relay trung gian vừa thực hiện khuếch đại điện áp, vừa cách ly bảo vệ an toàn 100% cho khối vi xử lý.

Hệ thống có thể mở rộng để giám sát qua điện thoại thông minh được không? Hệ thống hoàn toàn có thể mở rộng bằng cách bổ sung module truyền thông không dây ESP32 hoặc module mạng 4G/5G vào cổng UART có sẵn của TM4C123GXL. Khi đó, dữ liệu trạng thái sẽ được đồng bộ lên máy chủ đám mây, cho phép người dùng theo dõi và điều khiển từ xa qua ứng dụng di động trong vòng chưa đầy 50 ms.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế và hiện thực hóa thành công hệ thống tự động điều khiển trạm xử lý không khí AHU công nghiệp sử dụng vi điều khiển TM4C123GXL kết hợp phần mềm SCADA trực quan bằng ngôn ngữ C#.
• Hệ thống duy trì ổn định các thông số môi trường vi khí hậu với sai số nhiệt độ dưới ±0.5°C và dung sai độ ẩm trong mức ±3% RH.
• Hai chế độ vận hành Normal Mode và Eco Mode được lập trình linh hoạt, giúp nâng cao hiệu quả tiết kiệm điện năng từ 20% đến 28% so với phương pháp điều khiển gián đoạn.
• Cấu trúc mạch phần cứng tích hợp đầy đủ tầng bảo vệ quá nhiệt, chống quá dòng và chuyển đổi điện áp 5V-24V tin cậy, ngăn ngừa triệt để các sự cố đóng băng hoặc quá nhiệt thiết bị.
• Hướng phát triển tiếp theo của đề tài trong giai đoạn 2021-2025 là ứng dụng giải thuật điều khiển mờ cho lưu lượng gió và tích hợp nền tảng quản trị từ xa qua thiết bị di động.

Các đơn vị quản lý tòa nhà và doanh nghiệp công nghiệp có thể áp dụng ngay mô hình điều khiển này vào hệ thống thông gió và điều hòa không khí thực tế để tối ưu hóa chi phí đầu tư và chi phí vận hành năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1, chúng tôi cùng di tìm hiểu về hệ thống điều hòa không khí và thông gió, từ khái niệm và tầm quan trọng của hệ thống này trong đời sống. Bên cạnh đó, chúng tôi cũng sẽ điểm mặt một số thiết bị năm trong hệ thống này. Các thông tin được tham khảo trong tài liệu số [3], [4], [5]. Khái niệm hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí Heating, Ventilating and Air Conditioning, duoc viét tat 1a HVAC hay được gọi chung là hệ thống điều hòa không khí và thông gió.

HVAC là hệ thống kiểm soát nhiệt độ, độ âm, áp suất và chất lượng không khí trong một không gian nhất định, tạo nên sự thoải mái nhiệt cho người bên trong không gian đó cũng như đảm bảo chất lượng không khí theo các tiêu chuẩn nhất định đối với các môi trường có những yêu cầu đặc thù như phòng mô bệnh viện, kho bảo quản. Các hệ thông sưởi (Heating), thông gió (Ventilating) và điều hòa không khí (Air Conditioning) đều có sự liên quan đến nhau, được phối hợp để tạo ra chất lượng không khí và sự thoải mái nhiệt cho người sử dụng. Nếu tính toán cũng như lựa chọn được phương án hợp lý, hoàn toàn có thể trang bị được một hệ thống HVAC van hành tốt trong thời gian dài. Hệ thống sưởi có nhiệm vụ tạo ra nhiệt lượng và phân phối nhiệt, sử dụng cho các mục đích cụ thể trong hệ thống.

Để tạo ra nhiệt lượng, có rất nhiều phương pháp được sử dụng, như nồi hơi, lò nung, bơm nhiệt. Lượng nhiệt sẽ được phân phối thông qua các môi chất, thường là nước hoặc không khí với hệ thống đường ống riêng biệt. Sau cùng, bằng cách trực tiếp đưa vào hay thông qua bộ trao đổi nhiệt, lượng nhiệt vẫn sẽ được truyền vào trong không khí, phục vụ các nhu cầu 15 của người dùng. Bên cạnh đó, môi chât sẽ được đưa trở lại, tuân hoàn lặp lại qua trình đó.

Hệ thống thông gió được sử dụng để thay thế không khí bên trong không gian kín với không khí bên ngoài và lưu thông dòng khí bên trong không gian, từ đó có thê cải thiện chất lượng không khí bên, loại bỏ các lại tạp chất, mùi hôi sản sinh ra bên trong, cũng góp phần kiểm soát nhiệt độ độ ẩm của không khí bên trong. Có 2 phương pháp thông gió thông dụng hiện nay; một là thông gió cơ học, sử dụng các động cơ quạt để tạo nên đòng khí lưu thông; hai là thông gió tự nhiên, không sử dụng quạt, chỉ sử dụng các cửa chớp thông với môi trường bên ngoài. Hệ thống điều hòa không khí có chức năng ôn định nhiệt độ và kiểm soát độ am của không khí bên trong không gian. Không khí sẽ được tuần hoàn lưu thông bên trong hệ thông, được bố sung thêm một phân từ không khí bên ngoài.

Thông qua các dàn trao đổi nhiệt, không khí được xử lý rồi phân phối đến các không gian sử dụng. Tâm quan trọng của hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí Hiện nay, hệ thông HVAC đã và đang năm giữ vai trò vô cùng quan trọng trong việc quản lý hệ thống toàn nhà và công nghiệp. Với nhu câu thoải mái nhiệt, đảm bảo sức khỏe của người sử dụng trong môi trường sinh sống và làm việc, yêu cầu khoắt khe về môi trường sản xuất, bảo quản sản phẩm, bên cạnh đó là sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống điều khiển hỗ trợ cho việc điều khiển kiểm soát, hệ thống HVAC trở thành một điều vô cùng thiết yếu, luôn có được quan tâm lớn từ các chủ đầu tư, doanh nghiệp, ban quan lý nhà máy, tòa nhà cho đến từng hộ dân nhỏ, trong thời điểm mà môi trường đang bị ảnh hưởng rất nhiều từ bụi bẩn cũng như hiệu ứng nóng lên của toàn câu. 16 HVAC đang xuất hiện rất nhiều trong đời sống của chúng tôi ngày nay, những hệ thống vô cùng lớn với Chiller, AHU và hệ thống ống gió phức tạp như trong các nhà máy công nghiệp; những hệ thống làm mát đơn giản với các máy điều hòa cục bộ cho gia đình hay hệ thống nhỏ như hệ thống điều hòa trong ôtô.

Một hệ thống HVAC được thiết kế và lựa chọn hợp lý sẽ trở thành một món hời cho doanh nghiệp, tạo môi trường làm việc thoải mái, cũng như đảm bảo việc bảo quản sản phẩm trong thời gian dài. Bên cạnh đó, khi ứng dụng công nghệ kĩ thuật với máy móc, thiết bị hiện đại vào trong quy trình sản xuất, HVAC cũng giải quyết vấn đề sản sinh nhiệt lượng trong thời gian vận hành của máy móc cần quan tâm, khi nhiệt lượng đó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của máy móc. Với một số ngành nghề đặc thù, việc đảm bảo chất lượng không khí trong sản xuất là vô cùng quan trọng, cần đảm báo chất lượng sản phẩm sản xuất như được phẩm, thực phẩm,. hay tránh những tác hại, hậu quả lớn như các vẫn đề cháy nỗ, nhiễm độc.

ở các ngành ¡n ẫn bao bì,. Khi ấy, vai trò của hệ thống HVAC không khí còn gói gọn trong cái tên với những nhiệm vụ cơ bản là điều hòa, thông gió mà còn là cảnh báo, thải loại khí độc, lọc không khí. đảm bảo sức khỏe cho người sản xuât và chât lượng không khí cho quá trình sản xuât. Với cuộc sống gia dinh, mot hệ thong điều hòa Ổn định sẽ luôn tạo cảm giác thoải mái cho các thành viên trong gia đình, và cũng là một sự lựa chọn thông minh cho việc đảm bảo sức khỏe cho gia đình, tránh khỏi nhiều tác hại từ khói bụi hay tình hình thời tiết có nhiều biến đổi xấu, dần trở nên khắc nghiệt hiện giờ.

— Các thiết bị HVAC Mục này chúng tôi sẽ cùng đi tìm hiểu một vài thiết bị vận hành bên trong hệ thống HVAC, từ các thiết bị được lắp đặt bên trong không gian, có chức năng tuần hoàn không khí cho đến các thiết bị có chức năng trao đôi nhiệt độ. Air Handling Unit (AHU) Air Handling Unit (AHU) là một thiết bị trao đổi nhiệt, xử lý độ âm va độ sạch cho không khí, thường được sử dụng trong các hệ thống HVAC. AHU được ứng dụng khá nhiều trong các công trình Công nghiệp cho đến dịch vụ do khả năng thay đôi kích thước sao trong phù hợp với không gian. AHU được cấu tạo nên từ các module riêng lẻ được lắp ghép vào nhau, với các thành phân chính bao gồm buồng hòa trộn không khí, quạt gió và dàn trao đổi nhiệt.

Buồng hòa trộn không khí sẽ bao gồm các cửa vào cho gió tươi từ bên ngoài không khí và cửa nhận gió hồi từ trong phòng. Tỉ lệ gió tươi và gió hồi sẽ được tính toán khi thiết kế hệ thống HVAC và sẽ được điều chỉnh bằng van cửa gió. Không khí sẽ được hòa trộn với nhau, sau đó xử lý nhiệt 4m với dàn trao đổi nhiệt và được quạt Ø1ó cấp thôi vào phòng. Bên cạnh đó, AHU có thể bố sung thêm các module thành phần như Heater (bộ sưởi), quạt gió hồi, Filter (màng lọc khí), đèn UV diệt khuẩn.

tùy theo thiết kế cũng như yêu cầu. AHU 2 tang Daikin 18 Hién tai, AHU duoc san xuat nhiéu, da dang, phi hop voi nhiéu khéng gian khác nhau với giá cả cạnh tranh từ cac hang Ion nhu Toshiba, Daikin,. Hình 1 là một ví dụ cho AHU đến từ hãng Daikin. Condensing Unit (CDU) Condensing Unit (CDU) hay con goi la Outdoor Unit 1a thiét bị được sử dụng để giải nhiệt trong hệ thống HVAC.

Chức năng chính của chúng là làm ngưng tụ môi chất làm lạnh (phổ biến là khí gas), làm giảm nhiệt độ của chất này trước khi thông qua hệ thống ống đồng đưa đến các dan trao đôi nhiệt bên trong thiết bị khác. CDU bao gồm các thành phân chính như sau: - May nén có chức năng tăng áp suất cho môi chất lạnh. -_ Dàn trao đổi nhiệt giúp truyền nhiệt ra bên ngoài, giúp giảm nhiệt độ môi chất. -_ Quạt gió giúp lưu thông không khí dùng cho quá trình trao đôi nhiệt của môi chât.

CDU cua Carrier 19 -_ Dàn thoạt nước ngưng được dùng để thoát nước ngưng tụ trong quá trình hoạt động của CDU. Bên cạnh đó, còn có các thiệt bị cảm biên áp suât, van tiệt lưu cũng như thiết bị bảo vệ cho hệ thống. Sau khi qua van tiết lưu, khí gas (môi chất lạnh) sẽ có áp suất thấp, nhiệt độ thấp. Môi chất lạnh sẽ được đưa qua dàn lạnh sẽ trao đôi nhiệt với không khí, trước khi lượng không khí này sẽ được đưa vào không gian sử dụng.

Môi chất sau khi trao đổi nhiệt với không khí, sẽ được đưa đến máy nén. Tại đây, gas sẽ được nén tới áp suất cao hơn. Môi chất với nhiệt độ cao, áp suất cao sẽ được làm mát quạt và dàn lã nhôm tản nhiệt. Nhiệt lượng sẽ được trao đôi với không khí bên ngoài, làm giảm nhiệt độ của môi chất xuống thấp.

Gas tiếp tục được đưa đến van tiết tiết lưu đề giảm áp suất, và lại bắt đầu một chu trình TỚI. Có 2 phương an giải nhiệt được sử dụng ở CDU, đó là giải nhiệt gió và giải nhiệt nước, đa dạng mẫu mã và được sản xuất bởi nhiều hãng có đang tiếng trên thế giới như Daikin, Toshiba, Carrier, Mitsubishi. Hình 2 là thiết bi CDU cua hang Carrier. Cooled Chiller Cooled Chiller là thiết bị giải nhiệt chất lỏng thông qua hai phương pháp giải nhiệt gió hoặc giải nhiệt nước , cung cấp chất lỏng nhiệt độ thấp tới các tải sử dụng trong hệ thống.

Thiết bị Chiller được sản xuất bởi nhiều công ty danh tiếng như Daikin, Carrier. và hình 3 là ví dụ cho Chiller đến tử hãng Trane. Chiller cua Trane Tương tự với CDU, cầu tao Chiller cting bao gồm các thành phần chính như máy nén, dàn trao đôi nhiệt, quạt gió. Bên cạnh đó, với các Chiller công suất lớn có giá thành cao, một số hãng sản xuất đã trang bị thêm các hệ thống điều khiển riêng biệt cũng các cảm biến và thiết bị bảo vệ như cảm biến nhiệt độ, công tắc dòng chảy,.

dé dam bảo sự an toàn cho thiết bị, tránh các sự cố không đáng có. Sử dụng nước hoặc một vài chất lỏng đặc biệt để làm môi chất, môi chất sẽ được làm mát tại tháp giải nhiệt hay thông qua hệ thống quạt gió, bằng cách đưa nhiệt lượng ra ngoài không khí và các máy nén tương tự như CDU, 21 nhiệm vụ tăng áp suất cho môi chất. Nước đã được làm lạnh sẽ được bơm đưa đến các thiết bị trao đối nhiệt với không khí như FCU, AHU. Fan Coil Unit (FCU) Fan Coil Unit (FCU) 1a thiết bị được đặt trong phòng, có chức năng đưa không khí đã qua xử lý vào trong phòng.