Tin tức

Tối ưu điện năng bằng VFD: vì sao giảm setpoint 0.2–0.3 bar đã khác biệt lớn?

Trong vận hành hệ thống cấp nước, nhiều người có thói quen “để áp dư cho chắc”: setpoint cao hơn nhu cầu thực tế để tránh bị phàn nàn “yếu nước”. Cách làm này nhìn qua có vẻ an toàn, nhưng với hệ dùng biến tần (VFD) thì đó thường là nguyên nhân khiến tiền điện tăng âm thầm mỗi ngày.

Điểm thú vị là: chỉ cần giảm setpoint 0.2–0.3 bar (tương đương khoảng 2–3 m cột nước) cũng có thể tạo ra khác biệt rất lớn về điện năng và độ bền thiết bị, nhất là với các hệ máy bơm nước tăng áp biến tần Wilo vận hành nhiều giờ/ngày hoặc các trạm dùng cụm bơm nước tăng áp biến tần Wilo PBI-LD chạy theo tải.

Bài viết này giải thích rõ bằng cơ chế vật lý, bằng tư duy đường đặc tính bơm – hệ thống, bằng “luật đồng dạng” của bơm ly tâm, và bằng cách bạn có thể kiểm chứng trực tiếp tại công trình.

Tối ưu điện năng bằng VFD: vì sao giảm setpoint 0.2–0.3 bar đã khác biệt lớn?
Tối ưu điện năng bằng VFD: vì sao giảm setpoint 0.2–0.3 bar đã khác biệt lớn?

1) Setpoint là gì và vì sao “cao hơn một chút” lại không hề nhỏ

Trong booster biến tần, setpoint thường là áp suất mục tiêu tại điểm đo (thường đặt trên đường xả sau manifold). VFD thay đổi tốc độ bơm để giữ áp gần setpoint nhất.

Khi bạn tăng setpoint, bạn đang yêu cầu hệ thống tạo ra:

  • Áp cao hơn để bù tổn thất đường ống và thiết bị
  • Tốc độ quay lớn hơn (rpm), vì bơm cần tạo cột áp lớn hơn
  • Công suất lớn hơn (kW), vì bơm phải làm nhiều “công” hơn lên cột nước

Và với bơm ly tâm, mối liên hệ giữa tốc độ – cột áp – công suất không tuyến tính. Đó là lý do 0.2–0.3 bar tuy nhỏ về mặt “cảm giác”, nhưng lại có thể lớn về mặt điện năng.

2) Bản chất tiết kiệm điện của VFD: giảm tốc một chút, công suất giảm rất mạnh

VFD giúp bơm ly tâm chạy theo nhu cầu thay vì chạy tốc độ cố định rồi “đốt” áp qua van hoặc qua tổn thất không cần thiết.

Với bơm ly tâm, các quy luật đồng dạng (affinity laws) là nền tảng:

  • Lưu lượng (Q) tỷ lệ với tốc độ (n): Q ∝ n
  • Cột áp (H) tỷ lệ với bình phương tốc độ: H ∝ n²
  • Công suất (P) tỷ lệ với lập phương tốc độ: P ∝ n³

Điều này có ý nghĩa cực mạnh:

Nếu bạn giảm tốc bơm đi 5%, công suất có thể giảm xấp xỉ ~14% (vì 0.95³ ≈ 0.86).

Vậy mấu chốt nằm ở chỗ: giảm setpoint 0.2–0.3 bar có làm tốc độ giảm được 5% hay không? Câu trả lời là thường có, nhất là ở hệ đang vận hành ở vùng tốc độ tương đối cao vào giờ cao điểm.

3) Chuyển đổi nhanh: 0.2–0.3 bar tương đương bao nhiêu “cột áp” và “năng lượng”

Để trực quan:

  • 1 bar ≈ 10 m cột nước
  • 0.2 bar ≈ 2 m cột nước
  • 0.3 bar ≈ 3 m cột nước

Trong hệ booster, việc phải tạo thêm 2–3 m cột nước liên tục trong nhiều giờ/ngày nghĩa là:

  • VFD giữ tần số cao hơn
  • Dòng điện lớn hơn
  • Nhiệt động cơ cao hơn
  • Rung có thể tăng (đặc biệt nếu bơm bị đẩy ra xa điểm hiệu suất tốt)

Nếu công trình chạy 12–20 giờ/ngày, khoản “thêm 2–3 m” ấy nhân lên thành con số đáng kể.

4) Vì sao “chỉ giảm 0.2–0.3 bar” lại tạo khác biệt lớn: 5 cơ chế cộng dồn

4.1. Công suất tăng theo “lập phương tốc độ”

Như đã nói, P ∝ n³. Nếu setpoint giảm làm tốc độ giảm, lợi ích điện năng tăng theo cấp số nhân, không phải cấp số cộng.

Trong các hệ bơm Wilo chạy biến tần, bạn sẽ thấy ngay trên màn hình: giảm setpoint một chút, tần số giảm, dòng giảm rõ rệt.

4.2. Tổn thất đường ống tăng theo bình phương lưu lượng

Nhiều hệ cấp nước có tổn thất ma sát dạng:

  • ΔP_friction ∝ Q²

Khi setpoint cao, hệ có xu hướng đẩy lưu lượng tăng hơn một chút ở các nhánh dễ chảy (đặc biệt nếu mạng không cân bằng). Lưu lượng tăng kéo theo tổn thất tăng theo Q², khiến bơm phải làm việc nặng hơn, càng đốt điện.

4.3. Áp dư làm rò rỉ tăng và “mất nước” cũng tăng

Trong mạng cấp nước, rò rỉ (thấy được hoặc không thấy được) thường tăng khi áp tăng. Chỉ cần áp cao thêm, “nước thất thoát” tăng, bơm phải bơm nhiều hơn để bù thất thoát → điện tăng. Đây là lý do các công trình quản trị tốt thường tối ưu setpoint theo giờ thay vì để áp cố định cao.

4.4. Áp dư kéo theo nhiều vấn đề cơ khí hơn

Áp cao hơn đồng nghĩa:

  • Van, khớp nối chịu tải cao hơn
  • Nguy cơ búa nước nặng hơn khi đóng/mở nhanh
  • Phớt cơ khí làm việc ở điều kiện khó hơn

Chi phí không chỉ nằm ở điện mà còn ở độ bền. Với các trạm có cụm bơm nước tăng áp biến tần Wilo PBI-LD, giảm áp dư hợp lý còn giúp hệ chạy êm và ít sự cố hơn.

4.5. Setpoint cao khiến VFD “giữ tốc” lâu hơn

Trong vận hành thực tế, tải không phải lúc nào cũng cao. Nhưng nếu setpoint đặt cao, bơm phải giữ một tốc độ nền cao để không tụt áp, làm giảm cơ hội “chạy nhẹ” ở giờ thấp điểm.

5) Hiểu bằng đồ thị: giao điểm đường bơm và đường hệ thống

Nếu bạn từng nhìn đường đặc tính bơm (pump curve) và đường hệ thống (system curve), chuyện này trở nên rất rõ:

  • Đường hệ thống thường có dạng H = H_static + kQ²
  • Khi bạn đặt setpoint áp cao hơn, bạn đang “kéo” hệ tới vùng H cao hơn
  • Để đạt H cao hơn, VFD tăng tốc → đường bơm dịch lên theo n²
  • Giao điểm mới thường nằm ở vùng công suất cao hơn

Với một hệ có H_static đáng kể (cao tầng), 0.2–0.3 bar tương ứng 2–3 m là “một đoạn” đáng kể trong tổng cột áp. Với hệ thấp tầng nhưng tổn thất lớn (ống dài, nhiều co cút, nhiều thiết bị), 2–3 m cũng đủ làm tốc độ tăng lên rõ.

6) Khi nào giảm 0.2–0.3 bar mang lại hiệu quả rõ nhất?

6.1. Hệ vận hành nhiều giờ/ngày

Chạy càng lâu, lợi ích càng rõ. Booster cho khách sạn, chung cư, nhà hàng thường chạy gần như liên tục. Ví dụ các hệ dùng Bơm tăng áp biến tần Wilo PBI – L 403EA đầu inox 1.1 kW hoặc Bơm tăng áp biến tần Wilo PBI – L 405EA đầu inox 1.85 kW thường có thời gian chạy dài theo nhu cầu.

6.2. Hệ có tải biến thiên theo giờ

Giảm setpoint ở giờ thấp điểm giúp VFD hạ tốc sâu hơn, tiết kiệm đáng kể. Đây là nơi “setpoint theo lịch” phát huy tác dụng.

6.3. Hệ có rò rỉ nền hoặc thất thoát áp lực

Càng rò rỉ, càng nên tối ưu áp dư. Chỉ cần giảm 0.2–0.3 bar, lượng nước thất thoát có thể giảm, kéo theo giảm giờ chạy và giảm điện.

6.4. Hệ đang đặt setpoint cao hơn nhu cầu thực tế

Đây là tình huống phổ biến nhất: người vận hành đặt cao cho “chắc”, nhưng thực tế điểm dùng vẫn dư áp. Nếu đo lại tại điểm bất lợi nhất vẫn đủ áp, thì setpoint đang có “đệm” có thể giảm.

7) Khi nào không nên giảm setpoint (và cách giảm an toàn)

Giảm áp không phải lúc nào cũng được. Bạn không nên giảm nếu:

  • Điểm dùng bất lợi nhất đang thiếu áp vào giờ cao điểm
  • Hệ có vùng áp cần tối thiểu để thiết bị hoạt động đúng (máy giặt công nghiệp, vòi sen đặc thù…)
  • Đường ống cuối tuyến có tổn thất lớn chưa xử lý (tắc lọc, van chưa mở hết)

Cách giảm an toàn:

  1. Chọn thời điểm tải cao nhất (giờ đông người dùng)
  2. Đo áp tại điểm xa nhất – cao nhất – bất lợi nhất
  3. Giảm setpoint 0.1 bar mỗi bước, quan sát 10–15 phút
  4. Nếu vẫn đạt yêu cầu, giảm tiếp tới khi chạm “ngưỡng vừa đủ”, rồi nâng lại 0.1 bar làm biên an toàn

8) Thực hành tại công trình: cách chứng minh tiết kiệm mà không cần lý thuyết

Nếu hệ có VFD/đồng hồ năng lượng, bạn có thể làm bài test đơn giản:

Bước 1: Chọn 2 mức setpoint

  • Mức A: hiện tại (ví dụ 4.0 bar)
  • Mức B: giảm 0.2–0.3 bar (ví dụ 3.7–3.8 bar)

Bước 2: Chạy thử mỗi mức tối thiểu 24 giờ (hoặc theo ca có tải tương đương)

Ghi lại:

  • kWh tiêu thụ
  • Lưu lượng tổng (nếu có)
  • Tần số trung bình của VFD (Hz)
  • Số lần thêm/bớt bơm (với trạm nhiều bơm)

Bước 3: So sánh

  • Nếu kWh giảm rõ rệt mà áp tại điểm bất lợi vẫn đạt → setpoint trước đó đang dư
  • Nếu có lưu lượng: tính kWh/m³ để thấy hiệu quả thật

Với các trạm dùng cụm bơm nước tăng áp biến tần Wilo PBI-LD như Bơm đôi tăng áp biến tần Wilo PBI-LD 403EA đầu inox 1.1 kW x 2, bạn còn có thể so sánh số giờ chạy của từng bơm, xem việc giảm setpoint có giúp giảm thời gian chạy song song hay không.

9) Tối ưu setpoint không chỉ tiết kiệm điện: còn giảm sự cố và tăng tuổi thọ

9.1. Giảm búa nước và giảm “giật áp”

Setpoint thấp hơn thường kéo tốc độ thấp hơn, đặc biệt trong chuyển trạng thái. Hệ êm hơn, ít xung áp hơn.

9.2. Giảm tải lên phớt, van và phụ kiện

Áp thấp hơn một chút giảm lực tác động lên mặt phớt và các khớp nối. Với hệ chạy nhiều giờ, lợi ích tích lũy đáng kể.

9.3. Giảm tiếng ồn và rung

Tốc độ thấp hơn thường làm rung và tiếng ồn giảm, đặc biệt ở bơm đặt trong khu kỹ thuật gần khu ở.

10) Những cách tối ưu setpoint “thông minh” hơn: không chỉ giảm một lần rồi thôi

10.1. Setpoint theo lịch, theo ca sử dụng

  • Giờ cao điểm: setpoint cao vừa đủ
  • Giờ thấp điểm: setpoint giảm 0.2–0.5 bar tùy hệ

Cách này rất phù hợp với hệ chạy VFD và giúp tiết kiệm điện rõ rệt.

10.2. Setpoint theo vùng (zoning) nếu công trình lớn

Nếu tòa nhà có nhiều vùng áp, việc tối ưu từng vùng giúp tránh “một vùng kéo cả hệ lên áp cao”.

10.3. Setpoint theo điều kiện nguồn cấp

Nếu bồn ngầm/nguồn cấp có biến động, tối ưu điều khiển để tránh bơm “gồng” khi nguồn không đủ, vừa tốn điện vừa hại bơm.

11) Liên hệ với các cấu hình tăng áp phổ biến của Wilo: chọn đúng nhóm thiết bị để tối ưu hiệu quả

Tối ưu setpoint phát huy mạnh nhất ở hệ có biến tần. Bạn thường gặp các nhóm:

11.1. Nhóm tăng áp biến tần

Các lựa chọn máy bơm nước tăng áp biến tần Wilo như:

Nhóm này phù hợp khi muốn ổn áp và tiết kiệm điện theo tải.

11.2. Nhóm cụm đôi biến tần

cụm bơm nước tăng áp biến tần Wilo PBI-LD như:

Nhóm này ngoài tối ưu điện còn tối ưu dự phòng, giảm downtime. Giảm setpoint hợp lý thường giúp giảm số giờ chạy song song, từ đó giảm kWh và giảm mòn.

11.3. Nhóm tăng áp điện tử và tăng áp tự động

Với hệ nhỏ dùng máy bơm nước tăng áp điện tử Wilo như Máy bơm tăng áp điện tử chịu nhiệt Wilo PB-401SEA hoặc máy bơm nước tăng áp tự động Wilo như Bơm tăng áp tự động bình tích áp Wilo PW 175EA 125 W, “setpoint” có thể không điều chỉnh như VFD, nhưng tư duy chung vẫn đúng: tránh áp dư không cần thiết (qua lựa chọn bơm và cấu hình hợp lý) để giảm tiêu hao và tăng độ bền.

12) Kết luận: 0.2–0.3 bar là “nhỏ” với cảm giác, nhưng “lớn” với hóa đơn điện

Giảm setpoint 0.2–0.3 bar tương đương giảm 2–3 m cột nước. Trong hệ chạy biến tần, thay đổi này thường kéo theo giảm tốc độ vận hành. Và khi tốc độ giảm, công suất giảm theo lập phương, tạo ra hiệu quả tiết kiệm đáng kể.

Quan trọng hơn, tối ưu setpoint đúng cách còn giúp hệ chạy êm, giảm búa nước, giảm rò rỉ, giảm tải lên phớt – van – phụ kiện, và kéo dài tuổi thọ của trạm. Dù bạn đang dùng máy bơm nước tăng áp Wilo dạng biến tần hay trạm lớn với cụm bơm nước tăng áp biến tần Wilo PBI-LD, hãy xem setpoint như một “núm chỉnh chi phí”: chỉnh đúng là lợi ích thấy rõ, chỉnh sai là tiền điện và sự cố cùng tăng.

admins