Van cân bằng (balancing valve) là van có núm chỉnh để tạo một lực cản thủy lực cài đặt được trên từng nhánh đường ống, giúp mỗi nhánh nhận đúng lưu lượng thiết kế. Bài này nói về van cân bằng tĩnh, còn gọi là van cân bằng thủ công: loại có đầu đo áp để đọc lưu lượng và được dùng nhiều nhất trong hệ thống nước lạnh, nước nóng của điều hòa trung tâm (HVAC). Loại tự giữ lưu lượng khi áp suất thay đổi thuộc nhóm cân bằng động, được so sánh ở phần các loại bên dưới.
Nội dung gồm định nghĩa, cấu tạo, cách van đo và cài đặt lưu lượng, các loại, vị trí lắp trong hệ HVAC, cách lắp đặt và điều chỉnh, cách chọn van và các thương hiệu thường gặp.
Van cân bằng là gì
Trong mạng đường ống nước kín, nước ưu tiên đi theo đường ít cản nhất. Các nhánh gần bơm nhận dư lưu lượng, nhánh xa bơm bị thiếu. Đó là mất cân bằng thủy lực: phòng gần quá lạnh, phòng xa không đủ lạnh, bơm phải chạy mạnh hơn và đường ống ồn. Van cân bằng thêm một lực cản chỉnh được vào nhánh đang dư để lưu lượng mỗi nhánh về đúng giá trị thiết kế.
Vai trò của van cân bằng trong hệ thống đường ống
- Phân phối lưu lượng đúng thiết kế cho từng nhánh và từng dàn trao đổi nhiệt như FCU, AHU.
- Đo lưu lượng: hai đầu đo áp ở hai phía van cho phép đọc chênh áp rồi quy ra lưu lượng.
- Cô lập nhánh khi sửa chữa: nhiều model đóng kín được như van chặn và mở lại về đúng vị trí đã đặt.
- Giảm ồn và tiết kiệm điện bơm: không phải nâng cột áp bơm để bù cho nhánh xa.
- Hỗ trợ chạy thử và nghiệm thu: vị trí cài đặt và lưu lượng đo được ghi vào biên bản, dùng để kiểm tra khi có sự cố.
Giá và các model sẵn có xem tại bảng giá van cân bằng.
Cấu tạo van cân bằng
- Thân van: thường là kiểu van cầu để lực cản ổn định. Cỡ nhỏ nối ren hay dùng đồng thau (thường loại chống mất kẽm); cỡ lớn nối bích dùng gang hoặc gang cầu.
- Đĩa van và ty van: ty quay làm đĩa nâng lên hạ xuống, thay đổi tiết diện dòng chảy. Ghế và gioăng kín thường bằng EPDM hoặc PTFE.
- Tay quay có thang chia vạch: hiển thị vị trí cài đặt (theo số vòng hoặc số vạch).
- Cơ cấu nhớ vị trí (memory stop): giữ vị trí đã cài, để đóng van cô lập rồi mở lại đúng chỗ cũ.
- Hai đầu đo áp: đặt trước và sau chỗ tiết lưu, nối với thiết bị đo chênh áp chuyên dụng.
- Cổng xả (tùy model): dùng để xả nước hoặc lấy mẫu trên nhánh.
Về vật liệu, đồng thau chống mất kẽm là phổ biến nhất ở cỡ nhỏ. Cỡ lớn dùng gang xám, gang cầu hoặc thép; inox dùng khi môi chất hoặc môi trường yêu cầu. Nhôm và kẽm không phải vật liệu thân thông dụng của loại van này.
Nguyên lý hoạt động của van cân bằng
Loại tĩnh không tự điều chỉnh: nó là một chỗ tiết lưu có độ mở đặt trước bằng tay quay. Ứng với mỗi vị trí, nhà sản xuất công bố một hệ số lưu lượng Kv, là lưu lượng nước (m³/h) đi qua van khi chênh áp qua van bằng 1 bar.
Với nước (tỉ trọng xấp xỉ 1), lưu lượng tính theo công thức Q = Kv × √ΔP, trong đó Q tính bằng m³/h và ΔP bằng bar. Nếu dùng nước pha glycol, thiết bị đo hoặc phần mềm của hãng sẽ hiệu chỉnh theo tỉ trọng. Ví dụ minh họa: ở vị trí cài đặt có Kv = 4 m³/h, nếu thiết bị đo được ΔP = 0,25 bar thì Q = 4 × √0,25 = 2 m³/h. Ngược lại, biết lưu lượng thiết kế và chênh áp mong muốn thì tính ra Kv cần dùng, rồi chọn vị trí cài đặt tương ứng.
Cần lưu ý các nhánh ảnh hưởng lẫn nhau: chỉnh van ở nhánh này làm lưu lượng nhánh khác thay đổi. Vì vậy phải cân bằng theo trình tự (phương pháp tỉ lệ hoặc bù trừ) rồi đo lại. Van tĩnh cũng chỉ cân bằng đúng tại điểm làm việc đã chỉnh; nếu tải thay đổi nhiều thì nên cân nhắc loại động.
Các loại van cân bằng
Cách phân loại hữu ích nhất là theo cách van giữ lưu lượng. Một số tài liệu gọi theo chức năng như van cân bằng lưu lượng hay van cân bằng áp suất, nhưng thực chất đều thuộc các nhóm dưới đây.
Van cân bằng tĩnh (thủ công)
Chỉnh bằng tay, đặt xong giữ nguyên vị trí. Có đầu đo áp, có thể kiêm van chặn. Giá thấp, cấu tạo đơn giản, hợp hệ có lưu lượng ít thay đổi hoặc để cân bằng các nhánh và cột đứng. Cần người có dụng cụ đo và phải cân chỉnh lại khi hệ thống thay đổi.
Van cân bằng động (tự động)
Tự giữ lưu lượng hoặc chênh áp ở mức đặt trước khi áp suất hệ thống thay đổi, nên hợp hệ có van điều khiển hai ngả và tải biến đổi. Cấu tạo, nguyên lý và các nhóm sản phẩm của loại này có trong bài van cân bằng động, bài này chỉ so sánh nhanh:
| Tiêu chí | Van cân bằng tĩnh | Van cân bằng động |
|---|---|---|
| Cách giữ lưu lượng | Đặt tay một lần, không đổi khi áp suất thay đổi | Tự điều chỉnh theo chênh áp trong giới hạn làm việc |
| Cài đặt | Cân chỉnh bằng thiết bị đo ở đầu đo áp | Đặt giá trị lưu lượng hoặc chênh áp trên van |
| Hợp với | Hệ ít thay đổi tải, cân bằng nhánh và cột | Hệ nhiều van điều khiển, tải thay đổi liên tục |
| Lưu ý | Phải cân chỉnh lại khi sửa đổi hệ thống | Cần chênh áp tối thiểu để van làm việc đúng |
Van cân bằng nhiệt độ cho nước nóng tuần hoàn
Dùng trên đường hồi của hệ nước nóng sinh hoạt tuần hoàn. Bộ cảm biến nhiệt trong van tự điều chỉnh độ mở theo nhiệt độ nước hồi, để các nhánh cùng giữ nước nóng ở nhiệt độ yêu cầu mà không cần cân chỉnh bằng lưu lượng. Loại này khác van tĩnh ở chỗ cân bằng theo nhiệt độ, không theo lưu lượng.
Van cân bằng trong hệ thống HVAC
Trong hệ nước lạnh hoặc nước nóng, van thường lắp trên đường hồi của từng nhóm dàn trao đổi nhiệt (FCU, AHU), ở chân các cột đứng và ở đầu ra bơm để cài lưu lượng tổng. Nhờ vậy nước được chia đều giữa các thiết bị, dàn nào cũng nhận đúng lưu lượng, hạn chế ồn và rung do lưu lượng quá lớn.
Với hệ thống gió, lưu lượng khí được cân bằng bằng cửa gió và van điều chỉnh gió (damper), không dùng van nước.
Ký hiệu van cân bằng trên bản vẽ
Ký hiệu của loại van này được vẽ thêm đầu đo áp so với ký hiệu van thông thường. Cách đọc các ký hiệu van nói chung xem tại ký hiệu các loại van công nghiệp và bài cách đọc bản vẽ P&ID.
Ứng dụng của van cân bằng
- Hệ nước lạnh (chiller): cân bằng lưu lượng giữa các FCU, AHU và các nhánh theo tầng.
- Hệ nước nóng cấp nhiệt: chia đều lưu lượng nước nóng cho các dàn trao đổi nhiệt.
- Hệ nước nóng sinh hoạt tuần hoàn: dùng loại cân bằng theo nhiệt độ.
- Nước giải nhiệt: chia nước đến các thiết bị trao đổi nhiệt, tháp giải nhiệt.
- Công nghiệp: hệ nước làm mát cho nhiều máy, nơi các nhánh cần lưu lượng định trước.
Cách lắp đặt và điều chỉnh van cân bằng
Lắp đặt
- Chọn vị trí dễ thao tác và dễ cắm dụng cụ đo. Theo khuyến cáo của hãng, nên có đoạn ống thẳng trước và sau van (thường vài lần DN) và tránh đặt ngay sau bơm hoặc co.
- Lắp đúng chiều mũi tên trên thân, vì số đo chênh áp chỉ đúng khi nước đi đúng chiều.
- Nối ren bằng băng tan hoặc keo làm kín ren (không dùng keo dán); nối bích dùng gioăng cao su và siết bu lông chéo đối xứng. Nếu đường ống rung hoặc giãn nở, dùng khớp nối mềm ở vị trí phù hợp.
- Lắp lọc Y phía trước để cặn không làm kẹt đĩa van hay nghẽn đầu đo; xả rửa đường ống trước khi chạy hệ thống.
Việc lắp và vận hành nên do người có kinh nghiệm thực hiện, theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
Điều chỉnh (cân chỉnh) lưu lượng
- Lấy lưu lượng thiết kế của từng nhánh từ hồ sơ thiết kế.
- Xả khí, chạy bơm, đưa các van điều khiển ở vị trí mở hoàn toàn.
- Đặt sơ bộ vị trí từng van theo Kv tính toán hoặc theo phần mềm của hãng.
- Nối thiết bị đo chênh áp vào hai đầu đo, đọc lưu lượng từng nhánh.
- Chỉnh theo trình tự rồi đo lại cho đến khi lưu lượng đạt giá trị thiết kế trong sai số cho phép của dự án.
- Khóa vị trí bằng cơ cấu nhớ, ghi vị trí và lưu lượng vào biên bản.
Sau khi hệ thống thay đổi (thêm bớt nhánh, thay bơm) cần cân chỉnh lại. Định kỳ vệ sinh lọc và kiểm tra rò rỉ ở đầu đo; áp suất hệ thống có thể kiểm tra bằng đồng hồ áp suất.
Cách chọn van cân bằng
- Cỡ van (DN): chọn theo lưu lượng thiết kế và chênh áp cần đo, không nhất thiết bằng cỡ ống; van có thể nhỏ hơn cỡ ống để chênh áp qua van đủ lớn, đo được chính xác. Tra theo bảng Kv của hãng.
- Áp suất và nhiệt độ: áp suất làm việc (PN) và nhiệt độ lớn nhất của nước phải nằm trong giới hạn của van.
- Vật liệu và kết nối: đồng thau nối ren cho cỡ nhỏ, gang nối bích cho cỡ lớn.
- Đầu đo và cổng xả: chọn model có đầu đo tương thích với thiết bị đo đang dùng, và cổng xả nếu cần.
- Loại tĩnh hay động: theo mức thay đổi tải của hệ thống.
Các thương hiệu van cân bằng thường gặp
- Danfoss (Đan Mạch): van thủ công dòng MSV cho hệ HVAC, sưởi và làm mát.
- TA Hydronics (IMI Hydronic Engineering): dòng STAD, STAF có đầu đo, chỉnh trước vị trí và khóa vị trí.
- Oventrop (Đức): dòng Hydrocontrol.
- Caleffi (Ý): van nối ren và nối bích cho hệ nước.
- Honeywell (Mỹ): van tĩnh nối ren và nối bích, cỡ từ nhỏ đến DN600.
Đây chỉ là một số hãng; khi chọn nên so thông số Kv, PN, nhiệt độ và hồ sơ của đúng model.
Viva cung cấp van cân bằng
Viva cung cấp van cân bằng nhiều cỡ và kiểu kết nối. Khi đặt hàng, hãy hỏi rõ hồ sơ CO, CQ đi kèm từng model. Bạn gửi lưu lượng, DN, áp suất và nhiệt độ nước để được tư vấn model phù hợp. Bài thuộc chuyên mục kiến thức van tổng hợp; nhìn tổng quan chức năng từng loại van, xem tính năng của các loại van công nghiệp.
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
Van cân bằng dùng để làm gì?
Loại van này dùng để chia đúng lưu lượng nước thiết kế cho từng nhánh trong hệ thống HVAC. Nó tạo lực cản chỉnh được ở nhánh dư lưu lượng, giúp các dàn trao đổi nhiệt nhận nước đều, giảm ồn và tiết kiệm điện bơm. Nhiều model còn có đầu đo để đọc lưu lượng.
Van cân bằng tĩnh khác van cân bằng động thế nào?
Van tĩnh được chỉnh tay một lần và giữ nguyên độ mở, nên phải cân chỉnh lại khi hệ thống thay đổi. Van động tự điều chỉnh để giữ lưu lượng hoặc chênh áp khi áp suất thay đổi, hợp hệ có tải biến đổi. Van tĩnh rẻ và đơn giản hơn, van động linh hoạt hơn nhưng giá cao hơn.
Kv của van cân bằng là gì và tính lưu lượng thế nào?
Kv là lưu lượng nước (m³/h) đi qua van khi chênh áp qua van bằng 1 bar, mỗi vị trí cài đặt có một giá trị Kv do hãng công bố. Lưu lượng tính theo Q = Kv × √ΔP, với ΔP tính bằng bar. Ví dụ Kv = 4 và ΔP = 0,25 bar cho Q = 2 m³/h.
Van cân bằng lắp ở đường đi hay đường hồi?
Thường lắp trên đường hồi của từng nhánh, nhưng vị trí cụ thể phụ thuộc thiết kế và khuyến cáo của hãng. Cần chừa đoạn ống thẳng trước và sau van, lắp đúng chiều mũi tên và để dễ cắm thiết bị đo vào hai đầu đo áp.
Cần dụng cụ gì để chỉnh van cân bằng?
Cần thiết bị đo chênh áp chuyên dụng nối vào hai đầu đo của van, kèm bảng Kv hoặc phần mềm của hãng để quy ra lưu lượng. Chỉ xoay tay quay theo cảm giác không bảo đảm đạt lưu lượng thiết kế. Sau khi chỉnh cần khóa vị trí và ghi biên bản.
