FCU là gì?

FCU (Fan Coil Unit) là một trong những thiết bị điều hòa không khí phổ biến và linh hoạt nhất trong các hệ thống HVAC hiện đại. Từ các tòa nhà văn phòng, khách sạn cao cấp, đến những căn hộ sang trọng, thiết bị này đóng vai trò quyết định trong việc mang lại sự tiện nghi nhiệt độ cho từng không gian riêng biệt.

Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về FCU là gì — một thiết bị quan trọng— đi sâu vào cấu tạo, nguyên lý hoạt động, và đặc biệt là cách thức tích hợp Fan Coil Unit vào hệ thống điều khiển thông minh để đạt hiệu quả năng lượng và tiện nghi tối đa.

FCU là gì?

FCU (Fan Coil Unit) là một thiết bị xử lý không khí cục bộ, tương đối nhỏ gọn, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh nhiệt độ (làm mát hoặc sưởi ấm) của không khí được tuần hoàn trong một không gian riêng biệt, như phòng ngủ, văn phòng, hoặc phòng khách sạn.

Mặc dù FCU thường chỉ xử lý không khí tuần hoàn tại chỗ (recirculating air), một số hệ thống còn được thiết kế để cấp thêm một lượng không khí tươi (fresh air) tối thiểu vào không gian.

FCU có phải là điểm cuối trong hệ thống HVAC trung tâm?

Về bản chất, FCU được coi là một thiết bị đầu cuối (Terminal Unit), là thiết bị được lắp đặt trong hệ thống để quản lý và điều tiết nguồn nhiệt/lạnh sơ cấp (nước lạnh/nóng hoặc môi chất lạnh) từ nguồn trung tâm (chiller hoặc AHU) trước khi cấp không khí đã xử lý vào phòng. FCU rất phổ biến và có thể được tìm thấy ở hầu hết các công trình thương mại và dân dụng.

Cấu tạo chính của Fan Coil Unit

Một FCU tiêu chuẩn, bất kể kiểu lắp đặt nào, thường bao gồm các thành phần cơ bản sau đây:

• Vỏ bọc (Casing)
• Bộ lọc (Filter)
• Quạt (Fan)
• Cuộn dây (Coil)
• Cuộn lạnh (Cooling Coil)
• Cuộn sưởi (Heating Coil)
• Màn hứng nước ngưng (Drip Pan)
• Họng xả (Discharge)
• Lưới/Miệng gió (Grille)

Nguyên lý hoạt động của FCU

Nguyên lý cơ bản của FCU là sử dụng quạt để thổi không khí phòng qua cuộn dây chứa chất tải nhiệt (nước lạnh/nóng) để làm mát hoặc sưởi ấm không khí, sau đó trả lại không khí đã xử lý (conditioned air) vào phòng.

Để trực quan hóa, có hai cấu hình hồi gió phổ biến:

• Tuần hoàn không ống gió (Non-Ducted Recirculation): Đây là trường hợp phổ biến, FCU được lắp đặt phía trên trần giả, và khoảng trống trên trần giả được sử dụng như một ống gió hồi chung (recirculation plenum) để hút không khí tuần hoàn trở lại FCU để xử lý.
• Tuần hoàn có ống gió (Ducted Recirculation): Trong trường hợp này, không gian trần không được sử dụng làm plenum, mà FCU được kết nối trực tiếp với lưới hút gió hồi bằng một đoạn ống gió riêng biệt.

Chế độ làm mát (Cooling Mode)

1. Khi nhiệt độ phòng vượt quá điểm cài đặt, bộ điều nhiệt (thermostat) sẽ kích hoạt.
2. Van điều khiển (Modulating/On/Off Valve) mở để cho phép nước lạnh được cấp từ hệ thống trung tâm đi vào cuộn lạnh.
3. Quạt thổi không khí tuần hoàn trong phòng đi qua cuộn lạnh.
4. Không khí được làm mát và thổi trở lại vào phòng, giảm nhiệt độ không gian.

Lưu ý: Cuộn lạnh có thể được cấp nước lạnh từ Chiller trung tâm hoặc sử dụng hệ thống DX (Direct Expansion) với môi chất lạnh trực tiếp.

Chế độ sưởi ấm (Heating Mode)

1. Khi nhiệt độ phòng thấp hơn điểm cài đặt, bộ điều nhiệt sẽ kích hoạt.
2. Van điều khiển mở để cho phép nước nóng được cấp từ hệ thống trung tâm đi vào cuộn sưởi.
3. Quạt thổi không khí tuần hoàn trong phòng đi qua cuộn sưởi.
4. Không khí được làm nóng và thổi trở lại vào phòng, tăng nhiệt độ không gian.

Lưu ý: Cuộn sưởi có thể dùng nước nóng từ lò hơi trung tâm, hoặc cuộn sưởi điện.

FCU có cơ chế cấp không khí tươi như thế nào?

FCU được thiết kế chủ yếu để tuần hoàn và xử lý không khí trong phòng. Tuy nhiên, tùy thuộc vào thiết kế và cấu hình của hệ thống HVAC, FCU có thể được lắp đặt để cung cấp thêm không khí tươi.

Không khí tươi có thể được cung cấp theo hai phương pháp chính.

Cấp 100% không khí tươi trực tiếp

Trong cấu hình này, FCU được kết nối trực tiếp với nguồn không khí tươi từ bên ngoài, thường thông qua một cửa lấy gió (louvre) và hệ thống ống gió. Thiết bị sẽ đưa 100% không khí tươi vào không gian.

Tuy nhiên phương pháp này không phổ biến rộng rãi cho lắm.

Cấp một phần không khí tươi

Đây là phương pháp phổ biến hơn. Không khí tươi (một phần) được giới thiệu đồng thời với không khí tuần hoàn của phòng (qua lưới hồi). Hai luồng khí này được trộn lẫn (mixing air) trong một hộp plenum trước quạt FCU.

Trong trường hợp này, không khí tươi thường được cung cấp thông qua một Hệ thống xử lý không khí trung tâm (AHU - Air Handling Unit) và được đưa đến từng FCU.

Phân loại hệ thống đường ống nước FCU

FCU được phân loại phổ biến nhất dựa trên cấu hình đường ống cấp/hồi nước kết nối với cuộn dây (coil).

Các kiểu lắp đặt FCU phổ biến

Sự linh hoạt trong lắp đặt là một ưu điểm lớn của FCU , và có bốn kiểu lắp đặt chính dựa trên vị trí và cách xử lý không khí.

• Âm trần ngang (Concealed Horizontal Ceiling Mounted). Đây là kiểu lắp đặt giấu kín phía trên trần giả, chỉ lộ ra các miệng gió. Lý tưởng cho các không gian yêu cầu tính thẩm mỹ cao và độ ồn thấp.
• Lộ thiên ngang (Exposed Horizontal Ceiling Mounted). Kiểu lắp đặt này được thi công dưới trần, để lộ toàn bộ thiết bị. Phù hợp với kiến trúc công nghiệp hoặc khi không gian trần hạn chế.
• Đặt sàn/treo tường đứng (Vertical Floor/Wall Mounted). Đây là kiểu lắp đặt ở vị trí thấp, đứng dọc theo sàn/tường. Thường hút gió từ lưới dưới và thổi gió lên trên.
• Dưới sàn ngang (Under Floor Horizontal Mounted), thường được lắp đặt bên dưới sàn nâng, kết nối với ống gió và miệng gió dưới sàn. Kiểu này khá hiếm gặp.

Có những phương án điều khiển FCU thông minh nào?

Việc kiểm soát FCU là chìa khóa để đạt được hiệu suất và sự thoải mái.

Điều khiển nhiệt độ (Temperature Control)

Bộ điều nhiệt (thermostat) đo nhiệt độ phòng và điều khiển van cấp nước (Modulating Valve) vào cuộn dây (coil). Van này sẽ điều chỉnh lưu lượng nước (nóng hoặc lạnh) đi qua coil để đạt được nhiệt độ cài đặt.

Điều khiển tốc độ quạt (Speed Control)

Quạt FCU thường có 3 tốc độ: Thấp (Low), Trung bình (Medium), và Cao (High), được cài đặt cục bộ tại bộ điều khiển gắn tường. Tốc độ quạt không tự động thay đổi mà do người dùng chọn.

Tích hợp hệ thống quản lý toà nhà (BMS)

FCU hiện đại được tích hợp với hệ thống BMS (Building Management System) thông qua các điểm điều khiển (BMS Points) và cảnh báo (Alarms). Điều này cho phép vận hành tập trung và tối ưu hóa năng lượng. Các điểm điều khiển BMS cơ bản bao gồm:

• Space Temperature (Nhiệt độ phòng): Giá trị đọc Analog Input (AI).
• FCU Run/Stop Status (Trạng thái chạy/dừng): Digital Input (DI).
• Fan On/Off Control (Điều khiển Quạt): Analog Output (AO) hoặc Digital Output (DO) từ BMS.
• Modulating Valve Control (Điều khiển Van): Analog Output (AO) để điều chỉnh vị trí van.
• Time Schedule (Lịch trình thời gian): Điều khiển thời gian Bật/Tắt dựa trên lịch trình sử dụng để tiết kiệm năng lượng.
• High Temperature Alarm (Cảnh báo nhiệt độ cao): Cảnh báo nếu nhiệt độ phòng vượt quá giới hạn cho phép.

Ưu điểm của hệ thống FCU

• Chi phí đầu tư ban đầu thấp, phù hợp cho các dự án cần tối ưu ngân sách.
• Thời gian giao hàng và lắp đặt nhanh, các module FCU có sẵn, dễ triển khai tại công trường.
• Lắp đặt và vận hành đơn giản, hệ thống hoạt động độc lập, không yêu cầu thiết bị trung gian phức tạp.
• Dễ dàng thay đổi bố cục phòng hoặc nâng cấp sau này, linh hoạt cho không gian văn phòng, khách sạn.
• Mỗi phòng có thể điều khiển riêng, người sử dụng có thể tự cài đặt nhiệt độ theo nhu cầu cá nhân.
• Không chiếm nhiều diện tích, thiết bị nhỏ gọn, có thể lắp trên trần giả hoặc tường.

Nhược điểm của hệ thống FCU

• Có nhiều van và đường ống trong trần, nên dễ phát sinh rò rỉ nước hoặc hỏng van nếu không bảo trì định kỳ.
• Tần suất bảo trì cao hơn so với hệ thống điều hòa trung tâm (chiller plant hoặc VRV/VRF).
• Cần kiểm tra trần thường xuyên để vệ sinh và thay lọc gió cho từng FCU, tốn công hơn.
• Không cung cấp gió tươi trực tiếp, nên phải kết hợp với hệ thống thông gió riêng để đảm bảo chất lượng không khí.
• Khó kiểm soát đồng đều trong không gian lớn, nếu nhiều FCU gần nhau, các thiết bị có thể hoạt động “ngược nhau” (một máy làm lạnh, máy kia sưởi).

Ứng dụng thực tế của FCU 

FCU là giải pháp điều hòa không khí cục bộ lý tưởng cho nhiều loại công trình, từ căn hộ, khách sạn, đến các khu vực riêng biệt trong tòa nhà văn phòng, nhờ khả năng điều khiển nhiệt độ độc lập cho từng không gian.

Trong hệ thống HVAC hiện đại, đặc biệt khi kết hợp với hệ thống 4 ống, FCU cho phép kiểm soát vi khí hậu tuyệt vời, đáp ứng nhu cầu làm lạnh/sưởi khác nhau giữa các phòng.

Xu hướng điều khiển thông minh ngày càng thúc đẩy việc tích hợp FCU vào các tiêu chuẩn tự động hóa như KNX, Modbus hoặc BACnet. Sự tích hợp này không chỉ cho phép giám sát và điều khiển tập trung qua BMS mà còn tối ưu hóa vận hành dựa trên lịch trình (Time Schedule Control) và cảm biến hiện diện, từ đó mang lại hiệu suất năng lượng cao và sự thoải mái vượt trội cho người dùng.