Cột áp quạt thông gió HVAC là khả năng quạt tạo chênh lệch áp suất để đẩy không khí qua ống gió, co, tê, van, bộ lọc, thiết bị xử lý và miệng gió ở lưu lượng yêu cầu. Khi tính chọn quạt, sai lầm thường gặp không nằm ở phép cộng số Pa mà ở việc chọn sai tuyến tính, bỏ sót tổn thất hoặc nhầm áp suất tĩnh với áp suất tổng.
Bài hướng dẫn này xây dựng quy trình từ sơ đồ hệ thống đến bảng tổn thất của tuyến bất lợi nhất, có ví dụ số tự tính và cách đọc fan curve. Những thông số trong ví dụ được giả định để minh họa phép tính, không phải giá trị tiêu chuẩn mặc định hoặc kết quả dùng trực tiếp để mua quạt.
Cột áp quạt là gì? Tại sao tính sai có thể làm hệ thống thiếu gió?
Trong thực hành HVAC, “cột áp quạt” thường được ghi bằng Pa, đôi khi là mmH₂O hoặc in.w.g. Đại lượng này mô tả phần áp suất mà quạt tạo ra ở một điểm lưu lượng; nó không phải một giá trị cố định bất kể quạt đang chạy bao nhiêu m³/h. Trên đường đặc tính, lưu lượng và áp suất phụ thuộc lẫn nhau.
Hệ thống cũng có một đường trở lực: khi tăng lưu lượng và giữ nguyên cấu hình, tổn thất thường tăng xấp xỉ theo bình phương lưu lượng trong dải vận hành phù hợp. Điểm làm việc thực tế là giao giữa đường đặc tính quạt và đường trở lực hệ thống. Vì vậy chọn quạt “6.000 m³/h – 200 Pa” phải đi kèm điều kiện fan curve, loại áp suất công bố, mật độ khí, tốc độ và kiểu lắp đặt.
Phải phân biệt áp suất tĩnh, áp suất động và áp suất tổng
Với một mặt cắt dòng khí:
- Áp suất tĩnh ps là phần áp suất tác dụng lên thành ống theo định nghĩa áp suất tĩnh.
- Áp suất động pv liên hệ với vận tốc: pv = ρv²/2, với ρ là khối lượng riêng [kg/m³] và v là vận tốc trung bình [m/s].
- Áp suất tổng pt bằng ps + pv tại cùng mặt cắt.
Theo ASHRAE và AMCA, fan total pressure (FTP) là độ tăng áp suất tổng qua quạt; fan static pressure (FSP) theo cách định nghĩa thông dụng cho quạt là FTP trừ áp suất động tại cửa ra quạt. FSP không đơn giản là phép trừ số đo áp suất tĩnh tại đầu ra và đầu vào quạt. Việc phân biệt này quan trọng khi đối chiếu kết quả tính với bảng hoặc đường đặc tính nhà sản xuất. ASHRAE Handbook – Fans giải thích cách lựa chọn FTP hoặc FSP tùy kiểu nối ống tại cửa ra.
Ví dụ đổi từ FTP sang FSP
Giả sử một fan curve công bố tại điểm vận hành có FTP = 200 Pa, không khí có ρ = 1,2 kg/m³, vận tốc trung bình qua cửa ra là 7 m/s. Khi đó áp suất động cửa ra là pv,out = 1,2 × 7²/2 = 29,4 Pa; theo định nghĩa trên, FSP = 200 − 29,4 = 170,6 Pa. Ví dụ này chỉ kiểm tra quan hệ định nghĩa, không thay thế quy trình lựa chọn theo kiểu lắp đặt.
Tính cột áp quạt gồm những nhóm tổn thất nào?
1. Tổn thất ma sát dọc đường ống
Với cách tính theo suất ma sát R [Pa/m], một đoạn ống dài L [m] có tổn thất sơ bộ Δpf = R × L. R phải được lấy từ phép tính, duct sizing chart hoặc dữ liệu tương ứng với lưu lượng, kích thước, hình dạng ống, độ nhám và mật độ khí. Không dùng cùng một R cho mọi đoạn ống có tiết diện và lưu lượng khác nhau.
Cơ sở vật lý tổng quát là quan hệ Darcy–Weisbach: Δpf = f × (L/Dh) × (ρv²/2), với f là hệ số ma sát Darcy và Dh là đường kính thủy lực trong dạng biểu thức tương ứng. Khi sizing ống chữ nhật, phải dùng đúng phương pháp quy đổi/hệ số ma sát của tài liệu tính toán; không thay bừa Dh bằng “đường kính tương đương” khác định nghĩa.
2. Tổn thất cục bộ tại co, tê, thu–nở và van
Nhiều tổn thất phụ kiện được biểu diễn bằng Δplocal = K × (ρvref²/2). K là hệ số tổn thất của fitting; vref phải là vận tốc tại tiết diện tham chiếu của K. Co tròn, co vuông có cánh hướng dòng, chạc, tê nhánh hoặc transition có hình dạng và hệ số khác nhau. Với chạc và tê, hệ số còn phụ thuộc tỷ lệ lưu lượng giữa các nhánh.
Để tra hệ số theo đúng cấu hình, tham khảo nguồn được cấp quyền sử dụng; DuyHVAC đã có bài hướng dẫn ASHRAE Duct Fitting Database tính tổn thất áp suất. Bài này không sao chép database hoặc phát tán phần mềm/tài liệu có license.
3. Tổn thất qua thiết bị và phần tử đầu cuối
Filter, coil, silencer, VAV box, damper, louver, cửa gió, terminal hoặc thiết bị công nghệ có thể tạo tổn thất đáng kể. Dữ liệu áp suất nên lấy tại lưu lượng thiết kế và tình trạng khai thác dự kiến. Ví dụ filter sạch và filter gần giới hạn bẩn có chênh áp khác nhau; không thể lấy một mức Pa tùy tiện cho mọi mã filter.
Đặc biệt phải xác định ranh giới tính. Nếu phần mềm chọn AHU đã tính tổn thất filter và coil bên trong vào áp suất quạt yêu cầu, việc cộng lại chúng vào external static pressure là tính trùng. Ngược lại, nếu bảng tính chỉ xét đường ống ngoài AHU thì phải đánh dấu các tổn thất nội bộ chưa được tính, không được gọi tổng đó là cột áp hoàn chỉnh của cụm AHU.
4. System effect và điều kiện đầu vào/ra quạt
Quạt thử trong phòng thí nghiệm thường có điều kiện dòng khí ổn định hơn lắp đặt thực tế. Co sát cửa hút, transition lệch, thổi trực tiếp vào chướng ngại hoặc thiếu đoạn ống thẳng có thể làm đặc tính thực tế kém đi. AMCA Publication 201-23 – Fans and Systems đề cập system effect factors; phải xét theo hình học và hướng dẫn tương ứng, không đơn thuần lấy “dự phòng 10–20%” để thay việc kiểm tra bố trí.
Tuyến bất lợi nhất là gì? Tại sao không cộng tổng mọi nhánh ống?
Trong hệ nhiều nhánh song song, quạt cấp lưu lượng tổng cho mạng ống nhưng không phải đẩy một phân tử không khí lần lượt qua mọi nhánh. Vì vậy phải tạo các tuyến nối tiếp từ quạt đến từng điểm đầu cuối, cộng tổn thất thuộc từng tuyến rồi chọn tuyến yêu cầu áp suất lớn nhất. Đoạn ống chung trước điểm chia nhánh xuất hiện trong mỗi phép cộng tuyến, nhưng không cộng chồng các nhánh song song thành một tuyến giả.
“Xa nhất” cũng chưa chắc là “bất lợi nhất”. Một nhánh ngắn có nhiều co, van, terminal cản lớn hoặc vận tốc cao có thể cần áp suất lớn hơn một nhánh dài nhưng tương đối thẳng. Các đoạn hồi/hút cũng chỉ đưa vào đúng chuỗi áp suất mà cùng quạt phải vượt qua; đừng cộng trở lực của một quạt thải độc lập vào quạt cấp chỉ vì nằm chung công trình.
Ví dụ tính cột áp quạt cho hệ hai nhánh
Giả sử một hệ cấp gió đơn giản có lưu lượng tổng 6.000 m³/h, trong đó nhánh A nhận 2.400 m³/h và nhánh B nhận 3.600 m³/h. Để luyện phương pháp cộng tuyến, chúng ta giả thiết sẵn suất ma sát, hệ số K và tổn thất terminal; đây không phải hệ số lấy từ TCVN/ASHRAE hay catalogue nhà sản xuất. Chọn ρ = 1,2 kg/m³.
Bước 1 – Đoạn ống chung
Đoạn chung dài 12 m, suất tổn thất ma sát giả định R = 1,2 Pa/m, vận tốc tham chiếu của nhóm fitting 6 m/s và tổng K phù hợp với tiết diện này là 1,0. Vậy ma sát = 12 × 1,2 = 14,4 Pa; tổn thất fitting = 1,0 × 1,2 × 6²/2 = 21,6 Pa. Tổng đoạn chung: 36,0 Pa.
Bước 2 – Nhánh A
Giả thiết nhánh A dài 18 m với R = 1,0 Pa/m; nhóm fitting có K tổng = 2,0 tại vận tốc tham chiếu 4 m/s; tổn thất terminal tính theo ranh giới đã xác định là 35 Pa. Khi đó:
- Ma sát A: 18 × 1,0 = 18,0 Pa.
- Fitting A: 2,0 × 1,2 × 4²/2 = 19,2 Pa.
- Terminal A: 35,0 Pa (giả thiết).
- Tổng đường từ quạt đến cuối A = 36,0 + 18,0 + 19,2 + 35,0 = 108,2 Pa.
Bước 3 – Nhánh B
Giả thiết nhánh B dài 14 m với R = 1,4 Pa/m; nhóm fitting có K tổng = 3,0 tại vận tốc tham chiếu 5 m/s; terminal 50 Pa. Tính:
- Ma sát B: 14 × 1,4 = 19,6 Pa.
- Fitting B: 3,0 × 1,2 × 5²/2 = 45,0 Pa.
- Terminal B: 50,0 Pa (giả thiết).
- Tổng đường từ quạt đến cuối B = 36,0 + 19,6 + 45,0 + 50,0 = 150,6 Pa.
| Hạng mục | Tuyến A (Pa) | Tuyến B (Pa) |
|---|---|---|
| Ma sát + fitting đoạn chung | 36,0 | 36,0 |
| Ma sát nhánh | 18,0 | 19,6 |
| Fitting nhánh | 19,2 | 45,0 |
| Terminal cuối tuyến | 35,0 | 50,0 |
| Tổng tổn thất tuyến | 108,2 | 150,6 |
Kết luận ví dụ: tuyến B bất lợi nhất về áp suất trong phần mạng đang xét. Nếu hệ thống hoàn chỉnh có thêm tổn thất phần hút, hồi, filter, coil, louver, system effect hoặc các thành phần khác thuộc trách nhiệm cùng quạt, phải xử lý thêm theo ranh giới, loại tổn thất và áp suất định mức của quạt. Không lấy ngay 150,6 Pa làm FSP hay ESP để đặt mua thiết bị.
Từ bảng tổn thất đến thông số đặt hàng quạt
Trước hết hãy xác định quạt có cửa ra nối ống hay xả tự do, cửa vào nối ống hay hút từ plenum, và nhà sản xuất đang công bố fan total pressure, fan static pressure hay external static pressure của AHU. ASHRAE chỉ ra rằng với quạt có cửa ra nối ống, việc đối chiếu fan total pressure với tổn thất toàn hệ có thể là cách chọn phù hợp; với quạt cửa ra tự do, có trường hợp cần dùng fan static pressure. Không tráo các khái niệm này chỉ vì cùng đơn vị Pa.
Tiếp theo kiểm tra lưu lượng thiết kế ở điều kiện mật độ khí phù hợp, filter theo điều kiện vận hành đã thống nhất, điểm điều khiển VAV/CAV, chênh áp các thiết bị và system effect. Với AHU, đọc kỹ catalogue phần internal pressure drop và external static pressure: nếu AHU ghi đã tính coil và filter, không cộng lại ở phần áp suất ngoài thiết bị.
Không nên chọn quạt bằng cách tăng một phần trăm dự phòng không có cơ sở. Khi cần dự phòng vì fouling, dung sai đo đạc hoặc thay đổi trạng thái tải, phải chỉ rõ mục tiêu và ranh giới thiết kế, đối chiếu với giới hạn ồn, motor/VFD và dải ổn định của quạt.
Kiểm tra đường đặc tính quạt và điểm làm việc
Đường quạt và đường trở lực phải được so sánh theo cùng loại áp suất, cùng điều kiện thử/định mức và mật độ khí. Khi tăng trở lực của mạng ống (ví dụ filter bẩn hoặc damper đóng hơn), điểm làm việc có thể dịch sang lưu lượng thấp hơn nếu tốc độ quạt không đổi. Ngược lại, chỉ nhìn thấy áp suất lớn trên catalogue chưa chứng minh quạt chạy êm, hiệu quả hoặc làm việc ổn định tại điểm thiết kế.
Đo kiểm TAB và commissioning: có thể xác nhận những gì?
- Kiểm tra bản tính và fan schedule: Q, FTP/FSP/ESP, tốc độ, mật độ khí, phạm vi tổn thất và chế độ thiết kế.
- Kiểm tra hiện trạng: hướng quay, dây đai hoặc VFD, tình trạng filter, trạng thái damper, độ kín và điều kiện vào/ra quạt.
- Đo lưu lượng tại các vị trí phù hợp: theo thiết bị đo và phương pháp đo được chọn; hạn chế đo sát co/tê khi dòng chưa ổn định.
- Đo áp suất và đối chiếu: xác định áp suất tĩnh/tổng tại đúng mặt cắt và tránh tự so với định nghĩa áp suất fan rating khác.
- Cân bằng mạng ống: điều chỉnh nhánh thuận lợi để các nhánh nhận đủ gió theo phương án, đồng thời theo dõi điểm làm việc của quạt, độ ồn và năng lượng.
Ở bước trước khi tính cột áp, có thể kiểm tra lại kích thước và vận tốc theo bài vận tốc gió trong đường ống HVAC. Vận tốc cao có thể làm tăng áp suất động và trở lực các fitting nên hai bài phải được dùng nối tiếp trong cùng một workflow.
Những lỗi thường gặp khi tính chọn quạt thông gió
1. Cộng tất cả nhánh song song thành một tuyến
Điều này thường làm cột áp bị đội lên không đúng bản chất. Cần lấy từng đường hoàn chỉnh từ quạt đến điểm đầu cuối và so sánh tổng tổn thất từng đường.
2. Chỉ xét ống thẳng, bỏ co, tê, van và miệng gió
Những phụ kiện có thể đóng góp phần lớn trở lực, đặc biệt trên tuyến nhiều co hoặc nhánh có damper đóng sâu. Không dùng một hệ số K chung không rõ hình học.
3. Cộng tổn thất filter/coil hai lần
Phải phân biệt tổn thất nội bộ AHU và external static pressure đã khai báo trong phần mềm chọn thiết bị.
4. Đổi FSP thành FTP bằng cách cộng bừa “áp suất động đường ống”
Theo định nghĩa liên quan đến quạt, áp suất động phải lấy ở cửa ra quạt; không lấy tùy tiện áp suất động một đoạn ống khác rồi dùng để chuyển đổi fan rating.
5. Bỏ qua system effect
Co sát cửa hút hoặc xả thẳng vào phụ kiện làm dòng khí không đều có thể khiến hiệu năng lắp đặt kém hơn thử nghiệm. Nên ưu tiên sửa hình học và xét hướng dẫn AMCA.
6. Lấy số Pa trong ví dụ làm thông số thiết kế
R, K và terminal loss trong ví dụ là các giả thiết sư phạm. Muốn thiết kế thật phải có lưu lượng, kích thước, phụ kiện và pressure loss được xác minh.
Câu hỏi thường gặp
Cột áp quạt là áp suất tĩnh hay áp suất tổng?
Trong giao tiếp thông thường có thể bị dùng lẫn. Trên bản tính, fan schedule và catalogue phải ghi rõ FTP, FSP hay ESP và điều kiện áp dụng, vì chúng không đồng nhất.
Tuyến dài nhất có luôn là tuyến bất lợi nhất không?
Không. Tuyến ngắn nhưng nhiều phụ kiện hoặc terminal có trở lực cao vẫn có thể bất lợi hơn. Phải tính và so sánh tổn thất trọn tuyến.
Có được cộng trở lực của hai quạt độc lập vào một bảng cột áp không?
Không. Mỗi quạt phục vụ mạng khí riêng cần được lập ranh giới và sơ đồ áp suất riêng; chỉ kết hợp khi có cấu hình vật lý khiến cùng quạt thực sự phải thắng những tổn thất đó.
Chọn quạt có cột áp càng cao càng tốt có đúng không?
Không. Quạt có đặc tính không phù hợp có thể gây thừa gió, ồn, tốn điện hoặc cần tiết lưu nhiều. Chọn theo điểm làm việc thiết kế và dải điều khiển cần thiết.
Kết luận
Phương pháp tính cột áp quạt thông gió đáng tin cậy bắt đầu từ ranh giới hệ thống và sơ đồ lưu lượng, tiếp đến cộng tổn thất ma sát + fitting + thiết bị + đầu cuối trên từng tuyến, chọn tuyến bất lợi nhất, xem system effect và đối chiếu đúng loại fan pressure trong fan curve. Không có một giá trị Pa cố định cho mọi quạt, cũng không thể dùng một bảng hệ số chung thay cho tính toán theo phụ kiện thực tế.
Nguồn kỹ thuật chính thức: ASHRAE Handbook—Fundamentals 2025, Ch. 21 – Duct Design; ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment 2024 – Fans; AMCA 201-23 – Fans and Systems; TCVN 5687:2024.
