Van cân bằng động là loại van tự giữ lưu lượng nước qua một nhánh ở mức đã cài đặt, dù áp suất hai đầu van thay đổi. Nhờ vậy hệ thống nước lạnh, nước nóng (HVAC) không phải cân bằng tay từng nhánh và các thiết bị đầu cuối vẫn nhận đúng lưu lượng khi tải thay đổi.
Bài này nói rõ van hoạt động ra sao, cấu tạo, ba nhóm hay bị lẫn (van giới hạn lưu lượng, PICV, DPCV), khác gì van cân bằng tĩnh, cách chọn và lắp.
Van cân bằng động là gì?
Van cân bằng động (dynamic balancing valve) còn gọi là van cân bằng tự động. Nó có một bộ phận tự điều chỉnh để giữ lưu lượng gần như không đổi trong một dải chênh áp cho phép. Chỗ khác với van cân bằng thường: lưu lượng không phụ thuộc vào việc các nhánh khác đang đóng hay mở.
Lấy ví dụ một tòa nhà văn phòng nhiều tầng có hàng chục dàn quạt FCU. Khi nhiều van điều khiển đóng bớt vì phòng đã đủ mát, chênh áp trên các nhánh còn lại tăng lên. Với van thông thường, lưu lượng các nhánh đó vượt thiết kế, nhánh xa bơm lại thiếu nước. Van bóp bớt tiết diện ngay tại nhánh bị tăng áp để lưu lượng không vượt mức cài.
Trong tài liệu hãng, loại có kèm bộ điều khiển thường gọi là PICV (pressure independent control valve, van điều khiển độc lập áp suất). Nguyên lý chung được mô tả ở mục cân bằng thủy lực (Wikipedia).
Nguyên lý hoạt động
Lưu lượng qua một lỗ tỉ lệ với căn bậc hai của chênh áp hai đầu lỗ (Q = Kv × √ΔP, với Q tính bằng m³/h, ΔP tính bằng bar). Muốn lưu lượng không đổi thì chênh áp qua lỗ phải không đổi. Đó là việc của bộ ổn định chênh áp trong van.
- Lỗ cài đặt: người lắp đặt đặt lưu lượng mong muốn bằng núm chỉnh có thang chia.
- Bộ ổn định chênh áp: một pít-tông hoặc màng chắn có lò xo đối kháng, giữ chênh áp qua lỗ cài đặt ở mức gần như cố định.
- Khi áp suất đầu vào tăng: pít-tông hoặc màng dịch chuyển, thu hẹp tiết diện dòng chảy để lưu lượng không tăng theo.
- Khi áp suất giảm: lò xo đẩy mở tiết diện, lưu lượng được giữ lại ở mức cài.
Phần lớn van loại này chạy hoàn toàn cơ khí, không cần điện hay cảm biến lưu lượng riêng. Có một giới hạn quan trọng: van chỉ giữ được lưu lượng khi chênh áp nằm trong dải làm việc do hãng công bố. Dưới ngưỡng tối thiểu, lò xo chưa bị nén đủ nên van mở hết và lưu lượng thấp hơn mức cài. Trên ngưỡng tối đa, van có thể ồn và sai lệch lưu lượng.
Cấu tạo chung
Dù khác nhau theo hãng, van thường gồm các bộ phận sau.
- Thân van: đồng thau, gang hoặc thép không gỉ tùy cỡ van và môi chất, có đầu nối ren hoặc mặt bích.
- Cơ cấu ổn định chênh áp: pít-tông hoặc màng chắn đàn hồi cùng lò xo, là bộ phận quyết định khả năng giữ lưu lượng.
- Cơ cấu cài lưu lượng: núm hoặc vít chỉnh, thường có thang chia để đọc lưu lượng đã cài.
- Cổng đo: một số model có cổng đo áp để kiểm tra chênh áp hoặc lưu lượng khi nghiệm thu.
- Gioăng làm kín và nắp van: chống rò rỉ ra ngoài.
- Bộ điều khiển (chỉ có ở PICV): actuator nhận tín hiệu từ bộ điều khiển để điều chế lưu lượng trong phạm vi đã cài.
Các loại van cân bằng động trên thị trường
Van giới hạn lưu lượng, PICV và DPCV thường bị gọi chung một tên nên dễ chọn nhầm. Bảng dưới phân biệt theo chức năng.
| Loại | Chức năng | Dùng khi |
|---|---|---|
| Van giới hạn lưu lượng tự động | Giữ lưu lượng tối đa ở mức cài, không điều chế | Nhánh đã có van điều khiển riêng, chỉ cần khống chế lưu lượng |
| PICV (van điều khiển độc lập áp suất) | Gồm bộ ổn định chênh áp và van điều khiển; actuator điều chế lưu lượng trong mức tối đa đã cài | Dàn FCU, AHU, cần vừa cân bằng vừa điều khiển bằng một van |
| DPCV (van ổn định chênh áp) | Giữ chênh áp không đổi trên cả một nhánh hoặc cột đứng, không đặt lưu lượng cho từng thiết bị | Nhánh có nhiều thiết bị, thường đi kèm van cân bằng tĩnh để chỉnh từng điểm |
Ví dụ Danfoss AB-QM được hãng mô tả là PICV, kết hợp điều khiển nhiệt độ và cân bằng thủy lực tự động trong một van.
Bảng so sánh van cân bằng động và van cân bằng tĩnh
Van cân bằng tĩnh có độ mở chỉnh tay rồi giữ cố định, lưu lượng vẫn đổi khi chênh áp đổi. Bài van cân bằng tĩnh và các kiểu van cân bằng trình bày riêng loại này. Bảng dưới chỉ so sánh điểm ảnh hưởng đến việc chọn.
| Tiêu chí | Loại động (tự động) | Loại tĩnh (chỉnh tay) |
|---|---|---|
| Cách giữ lưu lượng | Tự động, nhờ bộ ổn định chênh áp | Chỉnh tay một lần, lưu lượng đổi theo chênh áp |
| Cân bằng khi nghiệm thu | Cài lưu lượng thiết kế ngay trên van, ít phải đo chỉnh theo trình tự | Phải đo chênh áp bằng thiết bị đo và chỉnh từng van theo trình tự |
| Khi tải một phần (nhiều van điều khiển đóng bớt) | Mỗi nhánh vẫn giữ lưu lượng cài đặt | Lưu lượng các nhánh còn lại tăng, van không tự bù |
| Điều kiện làm việc | Cần chênh áp tối thiểu và nước sạch, nếu không dễ kẹt | Ít nhạy với cặn hơn |
| Chi phí đầu tư | Cao hơn | Thấp hơn |
| Hệ thống phù hợp | Lưu lượng biến thiên, bơm biến tần, tòa nhà lớn | Hệ nhỏ, tải ổn định |
Một số hãng có dòng van này
Danfoss, Honeywell, Siemens và Schneider Electric đều có dòng van tự cân bằng hoặc PICV cho HVAC. Mỗi hãng có dải lưu lượng, dải chênh áp và kiểu cài đặt khác nhau, nên đối chiếu mã cụ thể trong catalogue trước khi đặt hàng.
Ưu điểm và hạn chế của van cân bằng động
Ưu điểm chính:
- Giữ lưu lượng từng nhánh ổn định khi tải thay đổi, kể cả khi bơm chạy biến tần.
- Giảm công đo chỉnh khi nghiệm thu, vì lưu lượng được cài ngay trên van.
- Hạn chế tình trạng nhánh gần bơm thừa nước, nhánh xa thiếu nước, và tránh bơm dư lưu lượng không cần thiết.
- Một van PICV thay được hai van riêng (cân bằng và điều khiển), đỡ chỗ lắp.
Hạn chế cần tính trước:
- Giá cao hơn van cân bằng tĩnh.
- Phải bảo đảm chênh áp tối thiểu tại nhánh, nếu không van không giữ được lưu lượng.
- Pít-tông hoặc màng nhạy với cặn, nên cần đường ống sạch và có lọc phía trước.
- Van không thay cho tính toán thủy lực. Lưu lượng thiết kế sai thì cài đặt chính xác cũng vô ích.
Các ứng dụng của van cân bằng động
- Hệ thống điều hòa nước lạnh trung tâm (chiller): cấp lưu lượng ổn định cho FCU, AHU ở từng tầng, khu vực trong tòa nhà, khách sạn, bệnh viện, trung tâm thương mại.
- Hệ thống sưởi nước nóng: mỗi phòng, mỗi vòng nhận đúng lượng nước nóng, tránh chỗ nóng chỗ lạnh.
- Làm mát tuần hoàn trong công nghiệp: khống chế lưu lượng nước làm mát đến từng máy hoặc thiết bị trao đổi nhiệt.
Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn van cân bằng động
Chọn theo thứ tự sau sẽ tránh được các lỗi hay gặp:
- Lưu lượng thiết kế của nhánh: chọn van có dải lưu lượng cài đặt bao trùm giá trị này. Cỡ van chọn theo lưu lượng nên có thể nhỏ hơn cỡ ống, đừng mặc định bằng DN ống.
- Dải chênh áp làm việc: chênh áp nhỏ nhất tại nhánh phải lớn hơn ngưỡng tối thiểu của van, chênh áp lớn nhất không vượt ngưỡng tối đa.
- Chỉ cân bằng hay cần điều khiển: nếu cần điều chế theo tải thì chọn PICV kèm actuator (loại tín hiệu on/off hoặc liên tục tùy bộ điều khiển). Nhánh đã có van điều khiển riêng thì chọn van giới hạn lưu lượng.
- Môi chất và nhiệt độ: nước lạnh, nước nóng hay nước pha glycol, vì ảnh hưởng đến vật liệu thân và gioăng.
- Áp suất làm việc và kiểu nối: kiểm tra cấp áp suất danh nghĩa PN của van và kiểu nối ren hoặc mặt bích.
- Cổng đo: nên có nếu muốn kiểm tra lại chênh áp hoặc lưu lượng sau khi nghiệm thu.
Các bước lắp đặt van cân bằng động
Luôn ưu tiên hướng dẫn của hãng. Các bước dưới là trình tự chung.
- Súc rửa đường ống trước khi lắp van để loại cặn, rỉ và mạt hàn.
- Lắp lọc Y phía trước van để bảo vệ pít-tông hoặc màng.
- Lắp đúng chiều mũi tên trên thân van, ở vị trí cấp hoặc hồi theo yêu cầu của hãng, chừa chỗ để chỉnh núm và cắm đầu đo.
- Điểm thấp của nhánh nên có van xả để xả cặn, xem thêm bài về van xả.
- Xả khí, chạy hệ thống rồi đặt lưu lượng thiết kế theo thang chia hoặc bảng của hãng.
- Kiểm tra chênh áp tại van có nằm trong dải làm việc không, rồi kiểm tra rò rỉ ở các mối nối.
Video hướng dẫn cách điều chỉnh:
Mua van cân bằng động
Khi cần chọn van, bạn gửi lưu lượng từng nhánh, dải chênh áp, môi chất, nhiệt độ và kiểu nối. Viva đối chiếu với model phù hợp và báo giá. Giá tham khảo từng dòng xem ở bảng giá van cân bằng. Loại van này thuộc nhóm van điều tiết, bạn xem thêm tổng quan ở bài tính năng của các loại van công nghiệp và các bài khác trong chuyên mục kiến thức van tổng hợp.
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Câu hỏi thường gặp về van cân bằng động (FAQ)
Van cân bằng động khác gì so với van cân bằng tĩnh?
Loại này tự giữ lưu lượng ổn định khi chênh áp thay đổi nhờ bộ ổn định chênh áp bên trong. Van cân bằng tĩnh được chỉnh độ mở bằng tay một lần, nên khi tải thay đổi (van điều khiển ở các nhánh khác đóng mở) lưu lượng qua nó lệch khỏi giá trị thiết kế mà van không tự bù được.
PICV có phải là van cân bằng động không?
PICV (van điều khiển độc lập áp suất) là van tự cân bằng có thêm chức năng điều khiển: bên trong có bộ ổn định chênh áp, bên ngoài có actuator để điều chế lưu lượng trong mức tối đa đã cài. Van giới hạn lưu lượng tự động chỉ giữ lưu lượng, không điều chế.
Có cần điều chỉnh sau khi lắp không?
Có một lần khi lắp đặt: đặt lưu lượng thiết kế trên núm chỉnh theo bảng hoặc thang chia của hãng. Sau đó van tự bù khi áp suất đổi. Cần kiểm tra lại nếu thay đổi lưu lượng thiết kế, hoặc nếu chênh áp tại van ra ngoài dải làm việc.
Vì sao cần lọc phía trước van?
Pít-tông hoặc màng trong van có khe hở nhỏ và di chuyển liên tục, cặn rỉ sét hoặc mạt hàn làm kẹt bộ phận này khiến van không giữ được lưu lượng. Lọc Y phía trước và súc rửa đường ống trước khi lắp giúp hạn chế lỗi này.
Giá van cân bằng động đắt hay rẻ?
Giá tùy hãng, cỡ van, loại có actuator hay không và kiểu kết nối, từ vài trăm nghìn đến hàng chục triệu đồng cho cỡ lớn. Nhìn chung đắt hơn van cân bằng tĩnh cùng cỡ, nhưng giảm công đo chỉnh khi nghiệm thu. Xem bảng giá van cân bằng hoặc liên hệ Viva để báo giá theo thông số.
