Việc lựa chọn hệ thống điều hòa thích hợp cho công trình là hết sức quan trọng, nó phải đáp ứng mọi yêu cầu, đòi hỏi của công trình về khí hậu trong nhà, phải phát huy được các ưu điểm, hạn chế được những khuyết điểm, đảm bảo tối ưu về mặt kinh tế, hoạt động với độ tin cậy cao, vận hành, bảo dưỡng, bảo trì dễ dàng, tuổi thọ cao,… Ngoài ra những yêu cầu của người sử dụng cũng rất quan trọng.
Thông thường đối với các tòa nhà cao ốc văn phòng cao tầng thì bắt buộc đòi hỏi phải có hệ thống điều hòa trung tâm làm lạnh cho toàn bộ các không gian bên trong tòa nhà. Để thiết kế hệ thống điều hòa trong trường hợp này, người thiết kế thường đưa ra hai lựa chọn là hệ thống điều hòa chất tải lạnh là nước (Hệ Chiller) và hệ thống điều hòa chất tải lạnh là Gas (Hệ VRV, VRF, Multi…). Vậy sự khác biệt và ưu nhược điểm của hai hệ thống này là gi? Chúng tôi xin đưa ra phân tích khái quát để người đọc hiểu cũng như lựa chọn cho phù hợp với công trình của mình.
Hệ thống Chiller là hệ thống máy lạnh tạo nước lạnh và dùng nước lạnh này làm chất tải để mang nhiệt đến các thiết bị làm mát. Hệ thống bao gồm máy làm lạnh nước (chiller), các dàn trao đổi nhiệt đặt trong nhà (FCU, AHU), hệ thống đường ống nước, bơm nước, hệ thống điện, hệ thống điều khiển và các hệ thống phụ trợ khác. Chiller làm lạnh nước, nước được bơm đến các dàn trao đổi nhiệt đặt trong nhà (FCU/AHU) thông qua hệ thống đường ống nước. Tại các FCU/AHU, không khí trong phòng được làm lạnh sau khi trao đổi nhiệt với nước lạnh trong dàn. Nước sau khi qua FCU/AHU quay trở về chiller và tiếp tục chu trình tuần hoàn. Máy làm lạnh nước – chiller – có thể là loại giải nhiệt bằng gió hoặc bằng nước. Khi chiller là loại giải nhiệt nước, hệ thống sẽ có thêm một chu trình giải nhiệt cho chiller bao gồm: tháp giải nhiệt nước, bơm nước giải nhiệt, hệ thống đường ống nước giải nhiệt.
Hệ thống điều hoà không khí tung tâm (VRV, VRF, Multi…) được cấu thành bởi một hoặc nhiều hệ thống nhỏ hơn, mỗi hệ thống nhỏ đó bao gồm 1 outdoor unit (cục nóng) nối với nhiều indoor unit (cục lạnh) thông qua một tuyến đường ống gas và hệ điều khiển. Outdoor unit có tác dụng giải nhiệt, các indoor unit có tác dụng làm lạnh không khí trong phòng. Hệ thống điều hoà biến tần khác với loại máy điều hoà một mẹ nhiều con (1 outdoor unit và nhiều indoor unit) là ở chỗ: ở máy điều hoà một mẹ nhiều con, mỗi indoor unit nối với outdoor unit bằng một tuyến ống gas riêng biệt; ở máy điều hoà biến tần, các indoor unit nối với outdoor unit bằng một tuyến đường ống gas chung.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quyết định lựa chọn hệ thống điều hòa nào và việc lựa chọn sẽ dựa trên ưu nhược điểm của hai hệ thống cũng như đặc điểm của công trình. Ở đây chúng tôi xin đưa ra so sánh những ưu nhược điểm chính của hai hệ thống để đem lại cái nhìn tổng thể nhất cho độc giả.
- Khoảng cách kết nối máy.
Chất tải lạnh bằng nước được vận chuyển đến các FCU, AHU thông qua hệ thống bơm và đường ống dẫn. Việc vận chuyển đươc bao xa hoàn toàn phụ thuộc vào công suất đẩy xa của bơm và về lý thuyết thì đường ống có thể kéo xa vô tận do có thể tạo thêm các bơm tiếp áp cũng như các bể trữ lạnh trung gian. Trong khi đó chất tải lạnh bằng gas được vận chuyển đến các dàn lạnh lại phụ thuộc hoàn toàn vào máy nén đặt tại Outdoor. Công suất máy nén không thể cao vô tận, điều đó đồng nghĩa với việc các dàn lạnh không thể đặt quá xa dàn nóng được (thông thường đối với các hệ thống điều hòa chạy sử dụng môi chất gas thì chênh lệch độ cao tối đa giữa dàn nóng và dàn lạnh thường trong khoảng 70-90m, chiều xa tối đa khoảng 200m). Do đó đối với các tòa nhà cao trên 25 tầng, nếu sử dụng hệ thống điều hòa chất tải lạnh gas thì bắt buộc phải bố trỉ một không gian riêng để đặt dàn nóng gọi là tầng kỹ thuật để giảm mức độ chênh lệch chiều cao. Điều này không là vấn đề đối với hệ thống sử dụng chất tải lạnh bằng nước (Chiller) vì chỉ cần bố trí một không gian nhỏ để lắp thêm bơm tiếp áp là có thể dẫn nước lạnh đi đến bất cứ độ cao mong muốn nào.
- Công suất điện và hệ số sử dụng đồng thời.
Hiện nay công nghệ biến tần Inverter đã đi vào đời sống như một giải pháp tiết kiệm điện hiệu quả, nó đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều thiết bị phục vụ cuộc sống và thiết bị điều hòa không phải là ngoại lệ. Công nghệ inverter được ứng dụng vào điều hòa lần đầu tiên bởi hãng Daikin Nhật Bản và thương hiệu VRV ra đời từ đó. Về sau hầu hết các hãng điều hòa sử dụng chất tải lạnh gas đều phát triển dòng sản phẩm sử dụng công nghệ biến tần inverter như VRF (Toshiba), SETFREE (Hitachi), MULTI V PLUS (LG)… hoặc sử dụng công nghệ kỹ thuật số gần đây như DVM (Sansung), DIGITAL (York)… Với lịch sử hơn 100 năm phát triển, dòng sản phẩm điều hòa sử dụng chất tải lạnh nước gần đây cũng áp dụng công nghệ biến tần cho các thành phần sản phẩm của mình (VSD) như máy nén biến tần, bơm biến tần, quạt biến tần… và do đó đã cải thiện đáng kể mức độ tiêu thụ điện của sản phẩm.
Nếu xét về mặt lý thuyết, các sản phẩm sử dụng chất tải lạnh nước có mức độ tiêu thụ điện năng hiệu quả (Kw/ton, COP, EER) cao hơn (nghĩa là tiết kiệm hơn) so với hệ thống sử dụng chất tải lạnh gas. Tuy nhiên do cấu tạo phức tạp cũng như vật liệu phải có độ bền cao nên các sản phẩm sử dụng chất tải lạnh nước thường được sản xuất với công suất lớn và rất lớn (vài chục đến vài nghìn tons lạnh) trong khi các sản phẩm sử dụng chất tải gas lại không quá được vài chục tons lạnh. Khi hệ thống hoạt động, nếu lượng nhu cầu không cao thì vô hình chung hệ thống chất tải lạnh gas sẽ tiết kiệm hơn (do chia nhỏ thành các hệ thống nhỏ) nhung khi lượng nhu cầu cao (full tải) thì hệ thống chất tải lạnh nước lại chiếm ưu thế. Đây chính là lý do hệ số sử dụng đồng thời lại được đưa ra như một yếu tố xem xét chính. Nếu hệ số sử dụng đồng thời cao (ví dụ như các khu vực hội trường, các sàn trung tâm thương mại, nhà thi đấu…) thì hệ thống chất tải lạnh nước sẽ phù hợp và ngược lại khi hệ số sử dụng đồng thời thấp (ví dụ như các khu vực văn phòng nhỏ, các không gian độc lập về chức năng có diện tích không lớn…) thì hệ thống chất tải lạnh gas sẽ phù hợp.
- Không gian lắp đặt
Như đã phân tích ở trên, hệ thống điều hòa chất tải nước thường có công suất lớn trong khi hệ thống điều hòa chất tải gas thì công suất nhỏ hơn rất nhiều. Do đó khi thiết kế điều hòa cho một tòa nhà lớn, số lượng các dàn nóng của hệ thống điều hòa chất tải lạnh gas sẽ rất nhiều và tương ứng sẽ cần rất nhiều không gian lắp đặt. Nếu tòa nhà có nhiều tầng thì bắt buộc phải bố trí nhiều khu vực không gian đặt dàn nóng và đồng nghĩa đó sẽ lãng phí rất nhiều không gian văn phòng (dùng làm khu vực kỹ thuật) trong khi đối với hệ thống chất tải lạnh nước thì chỉ cần một không gian là đủ, thậm chí Chiller còn có thể đặt tại tầng hầm rất thuận tiện cho việc vận hành, bảo dưỡng cũng như tiết kiệm chi phí lắp đặt rất nhiều.
- Tính linh hoạt, vận hành sử dụng và khả năng kết nối
Hệ thống điều hòa chất tải lạnh nước (Chiller) được thiết kế cho các khu vực có hệ số hoạt động đồng thời lớn, điều đó có nghĩa là mức độ linh hoạt của hệ thống này là không cao. Giả sử như do nhu cầu người sử dụng chỉ muốn làm mát cho một khu vực nhỏ (ví dụ như chỉ thuê một quầy nhỏ các khu vực khác chưa có người thuê hoặc làm mát một phòng họp nhỏ ngoài giờ hành chính) thì rõ ràng hệ thống chất tải lạnh nước sẽ mất rất nhiều điện năng để vận hành cả hệ thống. Đối với hệ thống chất tải lạnh gas thì điều này không là vấn đề gì.
Khi đi vào sử dụng, hệ thống điều hòa chất tải lạnh nước Chiller sẽ bắt buộc phải hoạt động theo một quy trình phức tạp dù là bật máy hay tắt máy và nó có nghĩa là bắt buộc phải có một đội ngũ kỹ thuật được đào tạo để hiểu và vận hành hệ thống. Trong khi đối với hệ thống chất tải lạnh gas thì nguười sử dụng đơn giản chỉ cần thao tác trên điều khiển là có thể vận hành được dàn lạnh mà không cần phải được đào tạo gì. Việc này rõ ràng hệ thống chất tải lạnh gas ưu việt hơn.
Thông thường hệ thống điều hòa Chiller thường là nguyên cụm, linh kiện bền nên ít hỏng hóc hơn nhiều so với hệ thống điều hòa chạy gas. Tuy nhiên khi trục trặc xảy ra thì thời gian sửa chữa của Chiller tương đối lâu, khu vực bị ảnh hưởng (không mát) lớn. Trong khi đó đối với hệ chạy gas, do công suất dàn nóng nhỏ nên nếu có hỏng hóc thì khu vực chịu ảnh hưởng không mát sẽ nhỏ hơn rất nhiều. Hơn nữa đối với hệ thống chạy gas thường có chế độ back-up nên càng làm giảm thiểu tác động tiêu cực đến tải lạnh khi xảy ra hỏng hóc.
Ngày nay công nghệ ngày càng hiện đại, yêu cầu đối với tự động hóa ngày càng cao cũng như yêu cầu sử dụng và quản lý ngày càng cao, do đó hệ thống điều hòa cũng cần phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cao như kết nối với hệ thống quản lý tòa nhà BMS, có khả năng điều khiển và quản lý qua internet, có khả năng tính tiền điện tiêu thụ đến từng không gian riêng biệt… Điều này là lợi thế không thể phủ nhận của hệ thống điều hòa chất tải lạnh gas so với các hệ thống điều hòa khác.
- Mức độ đầu tư ban đầu và thi công lắp đặt
Mức độ đầu tư ban đầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thương hiệu, chủng loại thiết bị, chất lượng thiết bị… Tuy nhiên nếu xét trên số tiền phải bỏ ra để để mua máy lạnh tạo nên 1 KW lạnh thì hệ thống điều hòa chất tải lạnh nước sẽ nhỏ hơn hệ thống điều hòa chất tải lạnh gas tức là mức độ đầu tư ban đầu của hệ thống điều hòa chất tải lạnh nước thấp hơn. Các thiết bị làm lạnh trong nhà sẽ được kết nối với Chiller thông qua các hệ thống trung gian như đường ống nước, bơm, van… trong khi đối với hệ thống chạy Gas thì kết nối chỉ là 1 cặp ống đồng. Việc này đồng nghĩa với việc thi công hệ thống Chiller sẽ phức tạp hơn, tốn kém hơn và mất thời gian hơn.
Do máy lạnh Chiller là loại nguyên cụm công suất lớn nên việc cẩu máy vào vị trí lắp đặt sẽ khó khăn hơn nhiều nhất là khi Chiller được đặt trên mái. Việc này sẽ dẫn đến chi phí lắp đặt tăng cao trong khi các dàn nóng của hệ thống chạy Gas lại dễ dàng có thể vận chuyển qua thang máy, vận thăng…
Hai hệ thống điều hòa chất tải lạnh nước và chất tải lạnh gas đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng và do đó tùy từng yêu cầu cụ thể của từng công trình, chúng ta sẽ lựa chọn một hệ thống điều hòa cho phù hợp. Nhìn chung thì hệ thống điều hòa chất tải lạnh nước phù hợp cho các cao ốc văn phòng có số tầng lớn, có nhiều khu vực hoạt động đồng thời (các tầng thương mại, hội trường…) trong khi hệ thống điều hòa chất tải lạnh gas thì phù hợp với các tòa nhà văn phòng có độ cao vừa phải, nhiều không gian cho thuê riêng rẽ và cần độ linh hoạt cao. Hiện nay có nhiều công trình kết hợp cả hai hệ thống điều hòa này khi sử dụng hệ thống chất tải lạnh nước cho khối đế trung tâm thương mại và sử dụng hệ thống chất tải lạnh gas cho khối khách sạn văn phòng cho thuê phía trên nhằm tận dụng ưu điểm của từng hệ thống cho từng khu vực cần điều hòa. Xu hướng này ngày càng được sử dụng rộng rãi và đã đang được áp dụng rất nhiều cho các cao ốc văn phòng trung tâm thương mại lớn.
