Ứng dụng cảm biến chênh lệch áp suất trong hệ thống HVAC

Để một tòa nhà hoạt động đúng cách, đảm bảo không khí trong lành, an toàn và tiết kiệm năng lượng, các kỹ sư phải đo lường và điều khiển chính xác áp suất không khí. Trong đó, Cảm biến chênh lệch áp suất (hay cảm biến chênh áp) đóng vai trò là một trong những thiết bị giám sát quan trọng nhất, cung cấp dữ liệu nền tảng cho gần như mọi quy trình vận hành thông minh của hệ thống HVAC hiện đại, từ việc đảm bảo an toàn phòng sạch đến việc tối ưu hóa hàng ngàn kilowatt điện năng tiêu thụ.

Giới thiệu về cảm biến chênh áp và hệ thống HVAC

Cảm biến chênh lệch áp suất là gì?

Cảm biến chênh lệch áp suất (Differential Pressure Sensor – DP Sensor), hay Cảm biến chênh áp, là một thiết bị đo lường chuyên dụng được thiết kế để đo lường sự khác biệt về áp suất giữa hai điểm đầu vào.

Không giống như một cảm biến áp suất tương đối (Gauge Sensor) chỉ có một cổng kết nối để đo áp suất tại điểm đó so với áp suất khí quyển xung quanh, một cảm biến chênh áp có hai cổng kết nối riêng biệt, thường được ký hiệu là cổng Áp suất cao (High/P1) và cổng Áp suất thấp (Low/P2).

Thiết bị sẽ liên tục đo áp suất tại P1 và P2, sau đó thực hiện phép trừ và đưa ra một tín hiệu đầu ra (ví dụ: 4-20mA, 0-10VDC) tỷ lệ thuận với giá trị chênh lệch (ΔP = P1 – P2).

Trong lĩnh vực HVAC, các cảm biến này thường đo lường chênh lệch áp suất rất nhỏ của không khí, với đơn vị tính là Pascal (Pa), mbar hoặc inch nước (WC). Ngoài ra, trong các hệ thống nước, chúng cũng được dùng để đo chênh áp của chất lỏng với đơn vị cao hơn như bar hoặc kPa.

Xem thêm: Tổng quan về cảm biến chênh lệch áp suất

Hệ thống HVAC là gì?

HVAC là từ viết tắt của Heating, Ventilation, and Air Conditioning (Sưởi ấm, Thông gió và Điều hòa không khí). Đây là một hệ thống kỹ thuật tích hợp, được xem là hệ thống thông gió và điều hòa cốt lõi của một tòa nhà, chịu trách nhiệm kiểm soát toàn diện môi trường không khí bên trong.

• Heating (Sưởi ấm): Cung cấp nhiệt vào mùa lạnh.
• Ventilation (Thông gió): Là quá trình cốt lõi, bao gồm việc trao đổi không khí, hút không khí cũ (chứa CO2, mùi, chất ô nhiễm) ra ngoài và cấp không khí tươi (giàu O2) từ bên ngoài vào.
• Air Conditioning (Điều hòa): Làm mát và quan trọng là kiểm soát độ ẩm của không khí.

Mục tiêu của hệ thống HVAC là duy trì một môi trường tiện nghi (về nhiệt độ, độ ẩm) và trong lành (về chất lượng không khí), đồng thời tối ưu hóa chi phí năng lượng vận hành. Các thành phần chính bao gồm các thiết bị xử lý không khí trung tâm (AHU), quạt (Fan), hệ thống ống gió (Ducting), van điều chỉnh (Damper, VAV box), và hệ thống sản xuất nước lạnh (Chiller).

Tại sao cảm biến chênh lệch áp suất lại phù hợp với hệ thống HVAC

Sự phù hợp của cảm biến chênh áp đối với hệ thống HVAC đến từ một nguyên tắc vật lý cơ bản: Không khí (và chất lỏng) luôn di chuyển từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp.

Toàn bộ hệ thống HVAC về bản chất là một cỗ máy tạo ra và kiểm soát sự chênh lệch áp suất để điều hướng luồng không khí đi đến đúng nơi mong muốn, với đúng lưu lượng cần thiết.

Nếu không có cảm biến chênh áp, hệ thống HVAC sẽ vận hành mà không có dữ liệu phản hồi. Ví dụ, một chiếc quạt sẽ chỉ chạy ở 100% công suất mà không biết liệu nó có đang cấp quá nhiều hay quá ít gió, hoặc liệu bộ lọc có bị tắc hay không.

Cảm biến chênh lệch áp suất cung cấp tín hiệu phản hồi thiết yếu, cho phép hệ thống điều khiển (PLC/BMS) biết chính xác những gì đang xảy ra:

1. Nó lượng hóa được sự cản trở: Bằng cách đo ΔP qua một bộ lọc, nó cho biết bộ lọc đó bẩn đến mức nào.
2. Nó lượng hóa được lưu lượng: Bằng cách đo ΔP qua một thiết bị đo, nó cho phép tính toán chính xác lưu lượng gió (m³/h) đang đi trong ống.
3. Nó lượng hóa được sự cách ly: Bằng cách đo ΔP giữa hai phòng, nó xác nhận xem các phòng đó có được cách ly đúng tiêu chuẩn hay không.

Vì vậy, cảm biến chênh áp chính là thiết bị cảm nhận chủ đạo cho phép hệ thống HVAC chuyển từ chế độ vận hành Bật/Tắt lãng phí sang chế độ điều khiển biến tần (VSD) thông minh, tiết kiệm năng lượng và chính xác.

Xem thêm: Cách hiệu chuẩn cảm biến chênh lệch áp suất

Các ứng dụng của cảm biến chênh áp trong hệ thống HVAC

Cảm biến chênh áp được sử dụng trong hầu hết mọi khía cạnh của hệ thống HVAC. Dưới đây là các ứng dụng quan trọng và phổ biến nhất.

Giám sát và điều khiển lưu lượng gió

Đây là một trong những ứng dụng phức tạp và quan trọng nhất để tiết kiệm năng lượng. Theo nguyên lý Bernoulli, khi lưu lượng gió đi qua một điểm bị thắt hẹp, vận tốc tăng lên và áp suất tĩnh giảm xuống, tạo ra một sự chênh lệch áp suất.

• Cách thức hoạt động: Người ta lắp đặt các thiết bị đo chuyên dụng như ống Pitot hoặc các bộ đo lưu lượng (flow probe) bên trong ống gió. Cảm biến chênh áp (loại đo khí, dải Pa) được kết nối với hai đầu của ống Pitot này để đo vận tốc áp (Velocity Pressure).
• Mục đích: Vận tốc áp này có mối quan hệ trực tiếp (theo hàm căn bậc hai) với lưu lượng gió thực tế (m³/h hay CFM) đang đi qua ống. Tín hiệu này được gửi về BMS hoặc bộ điều khiển VAV (Variable Air Volume). Hệ thống sẽ so sánh lưu lượng thực tế này với lưu lượng cài đặt (setpoint) và điều khiển van gió (damper) hoặc biến tần (VSD) của quạt để cung cấp chính xác lượng không khí tươi hoặc không khí lạnh cần thiết, không thừa, không thiếu.

Kiểm soát áp suất phòng sạch và khu vực đặc biệt

Đây là một ứng dụng sống còn trong các môi trường như bệnh viện (phòng mổ, phòng cách ly), phòng thí nghiệm, và đặc biệt là nhà máy sản xuất dược phẩm, điện tử (phòng sạch).

1. Mục đích: Ngăn chặn sự xâm nhập của không khí bẩn, vi khuẩn, bụi từ khu vực có tiêu chuẩn sạch thấp hơn (như hành lang) vào khu vực yêu cầu độ sạch cao (như phòng sạch).
2. Cách thức hoạt động: Một cảm biến chênh áp dải đo rất thấp (ví dụ: 0…50 Pa hoặc +/- 25 Pa) được lắp đặt với cổng P1 (High) trong phòng sạch và cổng P2 (Low) ở hành lang bên ngoài.
   • Phòng áp suất dương (Positive Pressure): Đối với phòng sạch, hệ thống HVAC được thiết kế để làm cho áp suất trong phòng luôn cao hơn bên ngoài (ví dụ: +15 Pa). Cảm biến chênh áp sẽ đo lường và duy trì giá trị +15 Pa này. Nếu áp suất giảm (do cửa mở), cảm biến báo về BMS, BMS lập tức tăng tốc quạt cấp gió (Supply Fan) để bù lại áp suất. Điều này đảm bảo không khí luôn chảy từ phòng sạch ra ngoài.
   • Phòng áp suất âm (Negative Pressure): Đối với phòng cách ly bệnh truyền nhiễm, quy trình ngược lại. Phòng phải có áp suất thấp hơn hành lang (ví dụ: -15 Pa) để không khí chỉ có thể đi từ ngoài vào và bị hút qua bộ lọc HEPA trước khi thải ra ngoài, ngăn mầm bệnh phát tán. Cảm biến chênh áp sẽ điều khiển quạt hút (Exhaust Fan) để duy trì mức chênh áp âm này.

Giám sát tình trạng lọc gió (Filter Monitoring)

Đây là ứng dụng phổ biến, dễ hiểu và mang lại hiệu quả bảo trì rõ rệt nhất.

1. Mục đích: Biết chính xác khi nào bộ lọc không khí trong AHU (Thiết bị xử lý không khí) bị bẩn và cần được thay thế.
2. Cách thức hoạt động: Cảm biến chênh áp (loại đo khí, dải Pa, ví dụ 0…500 Pa) được lắp đặt với cổng P1 (High) ở phía trước bộ lọc và cổng P2 (Low) ở phía sau bộ lọc.
   • Khi bộ lọc còn sạch, không khí đi qua dễ dàng, sức cản thấp, ΔP thấp (ví dụ: 50 Pa).
   • Theo thời gian, bụi bẩn tích tụ làm tắc nghẽn bộ lọc, sức cản tăng lên. Quạt phải làm việc vất vả hơn để đẩy không khí qua, làm cho ΔP tăng dần (ví dụ: lên đến 250 Pa).
3. Kết quả: Khi ΔP đạt đến ngưỡng cài đặt (do nhà sản xuất lọc khuyến nghị), cảm biến sẽ gửi tín hiệu (analog hoặc relay) về BMS, kích hoạt cảnh báo cần thay lọc. Điều này giúp chuyển từ bảo trì theo lịch trình (thay lọc sau mỗi 3 tháng dù sạch hay bẩn) sang bảo trì theo tình trạng thực tế, giúp tiết kiệm chi phí thay lọc và đảm bảo hiệu suất quạt luôn tối ưu.

Giám sát áp suất quạt và ống gió

Trong các hệ thống HVAC lớn, việc duy trì áp suất tĩnh trong ống gió là rất quan trọng.

• Điều khiển quạt (Fan Control): Một cảm biến chênh áp có thể được dùng để đo tổng cột áp mà quạt tạo ra (ΔP giữa đầu hút và đầu đẩy). Tín hiệu này được dùng làm tín hiệu phản hồi để điều khiển biến tần (VSD) của quạt. Nếu không có nhu cầu sử dụng gió ở các tầng dưới, van VAV đóng lại, áp suất trong ống gió sẽ tăng lên. Cảm biến ΔP tại quạt sẽ phát hiện điều này và ra lệnh cho VSD giảm tốc độ quạt, tiết kiệm một lượng điện năng khổng lồ (theo luật lập phương của quạt).
• Giám sát (Proving): Một công tắc chênh áp (DP Switch) thường được lắp song song với quạt. Khi quạt chạy, nó tạo ra chênh áp; công tắc này đóng lại, báo về BMS tín hiệu xác nhận quạt đang chạy. Nếu quạt dừng (do lỗi, đứt dây curoa), chênh áp mất, công tắc ngắt, báo động về lỗi quạt.

Giám sát áp suất chênh trên cuộn coil và bộ trao đổi nhiệt

Tương tự như bộ lọc, các cuộn trao đổi nhiệt (Coil) trong AHU (cuộn nước lạnh hoặc cuộn sưởi) cũng có thể bị bám bẩn (fouling) hoặc đóng băng (frosting) trong điều kiện vận hành nhất định.

• Chống đóng băng: Ở các xứ lạnh, khi không khí ngoài trời quá lạnh đi qua cuộn sưởi, hơi ẩm có thể đóng băng trên bề mặt. Lớp băng này hoạt động như một vật cản, làm tăng đột ngột ΔP qua cuộn coil. Cảm biến chênh áp sẽ phát hiện điều này và kích hoạt chế độ xả đá (Defrost) hoặc ngắt hệ thống để bảo vệ.
• Giám sát bẩn: Bụi bẩn bám trên các lá tản nhiệt của coil cũng làm tăng ΔP, giảm hiệu quả trao đổi nhiệt. Giám sát ΔP giúp lên lịch vệ sinh coil.

Đo chênh áp trong hệ thống nước lạnh (Chilled Water System)

Ngoài ứng dụng đo khí (dải Pa), cảm biến chênh áp còn được dùng để đo chất lỏng (dải bar/kPa).

• Mục đích: Đảm bảo lưu lượng nước lạnh tối thiểu đi qua các thiết bị quan trọng (như Chiller) và tối ưu hóa năng lượng của máy bơm.
• Điều khiển bơm biến tần (VSD Pump Control): Trong một hệ thống đường ống nước lạnh, các van điều khiển (control valve) tại các AHU/FCU sẽ đóng mở tùy theo nhu cầu tải lạnh. Nếu nhiều van đóng lại, áp suất hệ thống tăng lên. Một cảm biến chênh áp (loại đo lỏng) thường được lắp tại vị trí xa nhất của vòng lặp đường ống (index circuit). Nó được cài đặt để duy trì một mức chênh áp tối thiểu cần thiết (ví dụ: 0.5 bar) tại điểm đó. Tín hiệu này được gửi về biến tần của máy bơm. Nếu chênh áp tăng cao (do van đóng), bơm sẽ tự động giảm tốc độ. Nếu chênh áp giảm (do van mở), bơm sẽ tăng tốc. Điều này giúp tiết kiệm đáng kể điện năng tiêu thụ của máy bơm.
• Bảo vệ Chiller: Lắp cảm biến chênh áp để đo ΔP giữa ngõ vào và ngõ ra của bình bay hơi (evaporator). Giá trị ΔP này tỷ lệ với lưu lượng nước đi qua. Nếu lưu lượng quá thấp (ΔP thấp), có nguy cơ nước bị đóng băng trong bình, gây hỏng hóc nghiêm trọng. Cảm biến sẽ gửi tín hiệu ngắt Chiller để bảo vệ.

Tích hợp vào hệ thống quản lý tòa nhà (BMS / SCADA)

Cảm biến chênh áp không phải là một thiết bị hoạt động độc lập. Nó là một thành phần đầu vào quan trọng trong một hệ thống lớn hơn. Tất cả các tín hiệu (4-20mA, 0-10V, Modbus) từ hàng trăm cảm biến chênh áp (lọc, phòng, quạt, bơm) trong tòa nhà đều được tập trung về bộ điều khiển DDC (Direct Digital Control) và Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS). Tại đây, phần mềm BMS sẽ:

• Hiển thị: Vẽ sơ đồ vận hành cho thấy áp suất của từng phòng, tình trạng của từng bộ lọc.
• Cảnh báo: Gửi cảnh báo (email, SMS, pop-up) cho đội ngũ kỹ thuật khi có sự cố (lọc bẩn, mất áp suất phòng sạch).
• Điều khiển: Chạy các thuật toán PID, các kịch bản tiết kiệm năng lượng phức tạp dựa trên dữ liệu chênh áp thu thập được.
• Ghi nhận dữ liệu: Lưu trữ lịch sử áp suất phòng, giúp truy xuất khi cần audit (ví dụ: trong ngành dược).

Lợi ích của cảm biến chênh lệch áp suất trong hệ thống HVAC

Việc đầu tư và lắp đặt đúng cách hệ thống cảm biến chênh áp mang lại những lợi ích to lớn, rõ rệt:

• Tiết kiệm năng lượng vượt trội: Đây là lợi ích lớn nhất. Bằng cách cho phép quạt và bơm chạy ở tốc độ thay đổi (VSD) dựa trên nhu cầu áp suất thực tế, thay vì luôn chạy 100%, cảm biến chênh áp giúp cắt giảm 30-60% chi phí điện năng vận hành HVAC.
• Đảm bảo chất lượng không khí (IAQ) và An toàn Môi trường: Giữ cho phòng sạch, phòng mổ luôn ở áp suất dương, phòng cách ly ở áp suất âm, đảm bảo không khí an toàn cho sản xuất và y tế. Đảm bảo đúng lưu lượng gió tươi cho tòa nhà.
• Tối ưu hóa chi phí bảo trì: Chuyển đổi từ bảo trì theo lịch trình (thay lọc 3 tháng/lần) sang bảo trì theo tình trạng thực tế (chỉ thay khi lọc bẩn/ΔP cao), giúp tiết kiệm chi phí vật tư và nhân công.
• Kéo dài tuổi thọ thiết bị: Cho phép quạt và bơm chạy ở tốc độ thấp hơn, giảm hao mòn cơ khí, giảm tiếng ồn và tăng tuổi thọ.
• Tăng cường khả năng giám sát và chẩn đoán: Cung cấp dữ liệu chi tiết cho BMS, giúp kỹ sư vận hành hiểu rõ hệ thống đang hoạt động ra sao và chẩn đoán sự cố từ xa.

Ứng dụng thực tế của cảm biến chênh áp trong HVAC tại Việt Nam hiện nay

Tại Việt Nam, các tiêu chuẩn về thiết kế tòa nhà ngày càng cao, đặc biệt là các quy định về hiệu quả năng lượng (QCVN 09:2017/BXD) và các tiêu chuẩn về phòng sạch, y tế. Do đó, cảm biến chênh áp đã trở thành một thiết bị bắt buộc trong:

• Các nhà máy sản xuất Dược phẩm, Thực phẩm, Điện tử (Phòng sạch): Hàng trăm nhà máy tại các KCN (Bắc Ninh, Bình Dương, Đồng Nai…) bắt buộc phải sử dụng cảm biến chênh áp (dải Pa) để giám sát và duy trì áp suất phòng sạch, đáp ứng tiêu chuẩn GMP-WHO, ISO 14644.
• Các Bệnh viện cao cấp: Các bệnh viện quốc tế và bệnh viện tuyến trung ương (Vinmec, FV, Bệnh viện 108, Chợ Rẫy…) đều sử dụng cảm biến chênh áp để kiểm soát áp suất phòng mổ (áp suất dương) và phòng cách ly (áp suất âm).
• Tòa nhà văn phòng Hạng A và Trung tâm Thương mại: Hầu hết các tòa nhà cao tầng hiện đại (Landmark 81, Bitexco, các tòa nhà văn phòng hạng A…) đều sử dụng cảm biến chênh áp để giám sát lọc trong AHU, điều khiển quạt VSD và kiểm soát áp suất cầu thang thoát hiểm (phục vụ PCCC).
• Hệ thống Chilled Water: Các dự án lớn sử dụng Chiller đều lắp đặt cảm biến chênh áp (loại đo lỏng, dải bar) để bảo vệ Chiller và điều khiển bơm VSD, tiết kiệm năng lượng.

Xem thêm: Hướng dẫn chọn cảm biến chênh lệch áp suất

Mua cảm biến chênh lệch áp suất uy tín chính hãng ở đâu?

Công Ty TNHH TM&DV Thiết Bị Điện Mạnh Tùng là đại lý ủy quyền chính thức tại Việt Nam cung cấp cảm biến chênh lệch áp suất chính hãng, đầy đủ chứng nhận CO, CQ, nhập khẩu trực tiếp, đảm bảo chất lượng, giá cạnh tranh, bảo hành rõ ràng, hỗ trợ kỹ thuật bởi đội ngũ chuyên gia hơn 10 năm kinh nghiệm, cam kết mang đến giải pháp tối ưu nhất cho mọi ứng dụng của khách hàng và sẵn sàng tư vấn miễn phí, báo giá nhanh chóng khi liên hệ.

Lời kết

Cảm biến chênh lệch áp suất không chỉ là một thiết bị đo lường đơn giản, nó là một thành phần cốt lõi mang lại khả năng vận hành thông minh cho hệ thống HVAC. Từ việc đảm bảo an toàn sinh học trong phòng mổ, duy trì chất lượng trong phòng sạch, đến việc tiết kiệm hàng tỷ đồng tiền điện mỗi năm cho một tòa nhà lớn, vai trò của cảm biến chênh áp là không thể phủ nhận.

Xem các bài viết liên quan:

Ứng dụng cảm biến khí NO2 trong kiểm soát ô nhiễm

Ứng dụng cảm biến khí NH3 trong hệ thống chăn nuôi hiện đại

Ứng dụng cảm biến áp suất trong các ngành công nghiệp

Ứng dụng cảm biến áp suất gió trong hệ thống thông gió

ung-dung-cam-bien-ap-suat-nuoc-tinh-trong-he-thong-nuoc

Ứng dụng cảm biến khí CO2 trong hệ thống HVAC

---

Cảm ơn quý khách đã truy cập vào website MTEE.VN. Kính chúc quý khách nhận được những thông tin hữu ích và có những trải nghiệm tuyệt vời trên trang.