Giám sát phòng máy lạnh: điểm đo và điều khiển

1. Phạm vi hệ thống: một vòng nước từ phòng máy đến thiết bị đầu cuối

Hệ thống giám sát phòng máy lạnh thu thập trạng thái và thông số của máy lạnh, bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt, tháp giải nhiệt và van bypass, quyết định trình tự đóng cắt theo phụ tải, giữ nhiệt độ nước cấp, chênh áp và lưu lượng trong dải đặt, đồng thời lưu lại từng cảnh báo và từng khoảng năng lượng. Ranh giới của hệ thống là nhìn thấy, đánh giá đúng và can thiệp được: thu thập trạng thái, xử lý logic, gửi cảnh báo, lập báo cáo và vận hành từ xa thuộc phạm vi hệ thống. Chu trình lạnh bên trong máy lạnh, đặc tính cơ khí của bơm và thi công bảo ôn đường ống không thuộc phạm vi, nhưng bất thường ở các khâu đó vẫn phải được phát hiện qua dữ liệu.

Theo số liệu công bố, quy mô có thể tham chiếu như sau. Báo cáo The Future of Cooling (2018) của IEA cho biết điều hòa không khí và quạt điện chiếm khoảng 20% lượng điện sử dụng trong các tòa nhà trên toàn cầu, tương đương khoảng 10% tổng lượng điện toàn cầu. Phân tích do IEA công bố năm 2025 đưa nhu cầu điện cho làm mát không gian ở mức khoảng 2.900 TWh, tăng khoảng 50% so với năm 2015. Phòng máy lạnh là nơi tập trung phần nhu cầu này, và giá trị đầu tiên của giám sát là biến lượng điện đã tiêu thụ thành con số có thể hạch toán thay vì ước lượng từ đồng hồ tổng vào cuối tháng.

Một hiểu nhầm phổ biến là coi giám sát phòng máy như công việc làm giao diện: sao chép màn hình của bộ điều khiển máy lạnh lên màn hình lớn ở phòng trực và coi như xong. Ba yếu tố thực sự quyết định hiệu quả là: danh mục điểm đo có bao phủ hai đầu đường nước hay không, gồm nhiệt độ nước cấp và nước hồi, chênh áp và lưu lượng; việc đóng cắt dựa trên phụ tải hay dựa trên lịch thời gian cố định; và dữ liệu có liên tục sau khi mất mạng hoặc khởi động lại nền tảng hay không. Màn hình là kết quả, ba điểm này mới là khối lượng công việc kỹ thuật.

2. Cách lập danh mục điểm đo: năm đối tượng, bốn nhóm thông số

Danh mục điểm đo lập theo đối tượng, không theo hãng. Một phòng máy có thể dùng máy lạnh của hai hãng, một chiếc giao tiếp BACnet và chiếc kia Modbus, nhưng các đại lượng vật lý cần đánh giá là như nhau: máy có đang chạy không, đã tạo ra bao nhiêu lạnh, đã tiêu thụ bao nhiêu điện, đường nước có thông không. Hãy xác định đầy đủ đại lượng theo đối tượng trước, sau đó mới bàn cách lấy dữ liệu từ từng thiết bị; trình tự này tạo cơ sở cho việc thống nhất giao tiếp.

Chu kỳ lấy mẫu chia theo mục đích, không cần tất cả ở mức giây. Trạng thái chạy và tín hiệu lỗi của máy lạnh và bơm lấy mẫu theo giây để phục vụ liên động và cảnh báo; nhiệt độ và chênh áp lấy mẫu từ mười giây đến một phút để phục vụ xu hướng và điều khiển; điện năng và lượng lạnh tích lũy theo phút hoặc mười lăm phút để phục vụ hạch toán và báo cáo. Mọi điểm tương tự phải ghi rõ dải đo, đơn vị kỹ thuật, thời gian lọc và ngưỡng phát hiện đứt tín hiệu trong bảng điểm đo. Nếu dải kỹ thuật ứng với tín hiệu 4-20 mA không được ghi lại, người hiệu chuẩn sau sẽ làm lệch giá trị.

3. Logic điều khiển nhóm: đóng cắt theo phụ tải, bypass theo chênh áp

Mục tiêu của điều khiển nhóm không phải chạy ít máy mà là giữ các máy đang chạy trong dải làm việc hợp lý. Tiêu chí đánh giá là tỷ lệ phụ tải, không phải đồng hồ: tính nhu cầu lạnh hiện tại từ lưu lượng ống góp và chênh nhiệt độ cấp hồi, so với công suất định mức của các máy đang chạy, thêm máy khi nhu cầu vượt dải điều chỉnh của một máy, giảm máy khi nhu cầu thấp hơn công suất định mức của một máy trong một khoảng thời gian liên tục. Lịch thời gian có thể hỗ trợ nhưng không thể là căn cứ chính, vì đường cong phụ tải mùa chuyển tiếp khác hoàn toàn với giữa hè.

• Tiêu chí thêm và giảm máy: lấy nhu cầu lạnh chia cho công suất định mức của các máy đang chạy làm căn cứ chính, kết hợp thời gian duy trì để tránh đóng cắt liên tục do dao động phụ tải tức thời.
• Liên động bơm: khởi động bơm nước lạnh tương ứng và xác nhận chênh áp đã hình thành trước khi khởi động máy lạnh, khi dừng thì theo thứ tự ngược lại. Tần số thấp nhất của bơm biến tần phải đo thực tế khi chạy thử, không sao chép giá trị trong catalogue.
• Điều chỉnh bypass: lấy chênh áp ống góp làm biến điều khiển chính, dùng vị trí van và lưu lượng làm giới hạn. Khi phụ tải đầu cuối giảm, đóng bớt bypass trước rồi mới xem xét giảm máy.
• Bảo vệ lưu lượng tối thiểu: máy lạnh có yêu cầu lưu lượng tối thiểu, khi lưu lượng xuống dưới ngưỡng phải mở cưỡng bức bypass để tránh đóng băng dàn bay hơi và nhảy bảo vệ áp suất thấp.
• Phối hợp phía giải nhiệt: quạt tháp giải nhiệt đóng cắt theo nhiệt độ nước ra và nhiệt độ tiếp cận, bơm nước giải nhiệt đi theo cặp một-một với máy lạnh, tránh nhiệt độ ngưng tụ cao làm giảm hiệu suất.

Điều khiển trình tự phải được viết thành máy trạng thái ngay từ khâu thiết kế, không phân tán trong từng đoạn chương trình. Mỗi trạng thái cần có điều kiện vào, điều kiện ra và xử lý khi quá thời gian, ví dụ khi đã phát yêu cầu thêm máy mà chênh áp không hình thành trong thời gian định trước thì phải quay lại và phát cảnh báo thay vì tiếp tục chờ. Phần lớn sự cố phòng máy không phải lỗi một điểm mà là logic trình tự không có lối ra ở nhánh bất thường.

4. Cảnh báo, chất lượng dữ liệu và nghiệm thu

Cách nhanh nhất để hệ thống cảnh báo mất tác dụng là gửi tất cả cho mọi người. Lỗi máy lạnh, lỗi bơm, chênh áp thấp, nhiệt độ cao và mất liên lạc đến cùng lúc, người trực chỉ vài ngày là quen với cảnh báo, và cảnh báo cần xử lý thật sự bị chìm. Nguyên tắc phân cấp là theo hậu quả, không theo thiết bị: mức một là những gì gây dừng máy hoặc ảnh hưởng cấp lạnh, mức hai là những gì ảnh hưởng hiệu suất nhưng có thể xử lý sau, mức ba chỉ để ghi nhận. Mỗi cảnh báo phải ghi rõ điều kiện phát, cách xác nhận và điều kiện phục hồi.

Chất lượng dữ liệu quyết định hệ thống có được tin hay không. Khi mất mạng phải đệm dữ liệu tại chỗ và bổ sung sau khi khôi phục, dữ liệu bổ sung phải mang dấu thời gian gốc chứ không phải thời điểm ghi vào hệ thống. Sau khi khởi động lại nền tảng, đường xu hướng phải liên tục, không được có khoảng trống. Có đệm và đồng bộ dấu thời gian thì báo cáo năng lượng cuối tháng mới khớp với đồng hồ điện; không có thì báo cáo chỉ mang tính tham khảo. Ở khâu nghiệm thu, chi tiết kỹ thuật này quan trọng hơn nhiều so với vẻ ngoài của màn hình.

Nghiệm thu nên thực hiện theo bốn bước, mỗi bước có sản phẩm kiểm tra được:

• Đối chiếu điểm đo: so từng điểm trong bảng với tín hiệu thực, hiệu chuẩn hai điểm cho mỗi đầu vào tương tự, và thực hiện một lần đặt cưỡng bức rồi phục hồi cho mỗi điểm số.
• Kiểm tra cảnh báo: kích hoạt mỗi cảnh báo ít nhất một lần, kiểm tra việc gửi đi, cấp độ, xác nhận và phục hồi có lưu vết hay không.
• Độ đầy đủ dữ liệu: chủ động ngắt một tuyến liên lạc, kiểm tra cơ chế đệm và bổ sung có hoạt động, xu hướng có liên tục.
• Xu hướng và báo cáo: sau một thời gian vận hành, xuất báo cáo năng lượng và lượng lạnh, đối chiếu với chỉ số đồng hồ điện và đồng hồ đo lạnh.

Về tiêu chuẩn, có một số văn bản có thể dẫn trực tiếp. ASHRAE Guideline 22-2012 đưa ra phương pháp bố trí thiết bị đo cho phòng máy lạnh trung tâm. AHRI 550/590 (I-P) và 551/591 (SI) quy định điều kiện định mức của máy lạnh, nên khi so sánh hiệu suất đo được phải quy đổi về cùng điều kiện. ISO 50001:2018 yêu cầu chỉ số hiệu quả năng lượng có nguồn dữ liệu truy xuất được, và lượng lạnh cùng điện năng của phòng máy chính là chỉ số như vậy. Với thiết bị dùng môi chất lạnh chứa flo, Quy định (EU) 2024/573 đặt yêu cầu về kiểm tra rò rỉ và lưu hồ sơ, nên các thông số môi chất và hồ sơ bảo dưỡng trong hệ thống giám sát phải tương ứng được với quy định này.