BAI BAO LUAN VAN XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG HVAC ĐIỀU KHIỂN BẰNG BMS

XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG HVAC ĐIỀU KHIỂN BẰNG BMS
CONSTRUCT THE HVAC SYSTEM MODEL CONTROLING BY BMS
Nguyễn Anh Tuấn; Nguyễn Hoàng Việt *
Khoa Cơ - Điện – Điện tử, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM, Việt Nam
* Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh
TÓM TẮT
Luận văn “ Xây dựng mô hình hệ thống HVAC điều khiển bằng BMS”, được nghiên cứu với phần
cứng điều khiển chủ yếu sử dụng vi điều khiển pic 18f4550 và được lập trình bởi mikroC. Trong đó, bao
gồm giám sát và điều khiển nhiệt độ khu vực làm lạnh, nhiệt độ nước giải nhiệt, nhiệt độ nước làm lạnh,
lượng CO2 trong không khí, điều khiển thiết bị và đèn chiếu sáng theo thời gian thực hoặc thời gian tùy
chọn của người vận hành hoặc chủ đầu tư. Giao diện màn hình điều khiển thiết bị từ máy tính được thiết kế
với hình ảnh 3D theo thiết bị thực tế. Do đó, làm cho người vận hành dễ giám sát và điều khiển thiết bị.
Luận văn chủ yếu tập trung xây dựng mô hình hệ thống HVAC điều khiển bằng BMS được thu gọn
lại với đầu đủ các chi tiết như là một hệ thống trong thức tế và thể hiện đầy đủ các thông số và trạng thái
hoạt động của hệ thống.
Thông qua luận văn này, tôi cũng hy vọng sẽ cung cấp một mô hình và kiến thức hữu ích cho các kỹ
sư, sinh viên .v.v… đang học tập và nghiên cứu về hệ thống HVAC điều khiển bằng BMS.
ABSTRACT
This thesis, ”Construct The HVAC System Model Controling By BMS” research with
hardware drivers mainly use pic 18f4550 microcontroller and programmed by MikroC. In there, including
supervise and area cold temperature control, hot water temperature control, cold water temperature control,
the amount of CO2 in the air, lighting and devices control real-time or time option of the operator or
investor. The interface display devices control from the computer designed with real 3D images.
Therefore, the operator easily to view and devices control.
This thesis is to make Construct The HVAC System Model Controling By BMS. The model is
the compact with all the details as a system in fact and fully display parameters and status activities of
the system.
Through this thesis, I hope to provide a useful model and knowledge for engineers and students.
Etc. The peoples are learning and research about HVAC systems the BMS controlled.

1.

GIỚI THIỆU
Trên thế giới, các hệ thống thông minh,
tự động điều khiển đã được áp dụng trong các
công trình xây dựng công nghiệp, dân dụng từ
rất sớm và cho thấy những đóng góp quan
trọng của nó không thể phủ nhận. Các hệ thống
kỹ thuật tự động gọi chung là hệ thống quản lý
tòa nhà (BMS – Building Management
System).
Một hệ thống tự động hoàn chỉnh sẽ
cung cấp cho công trình một giải pháp điều
khiển, quản lý điều kiện làm việc của các thiết

bị như động cơ điện, nhiệt độ, độ ẩm, lưu
thông không khí, chiếu sáng, các hệ thống an
ninh, báo cháy, quản lý hệ thống thiết bị kỹ
thuật, tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho công
trình, thân thiện hơn với môi trường.
Bên cạnh đó, hệ thống điều hòa, thông
gió (HVAC), hệ thống lạnh trung tâm làm lạnh
bằng nước (Water Chiller) là không thể thiếu
trong một tòa nhà cao tầng bởi khả năng làm
lạnh với hiệu suất cao, tiết kiệm chi phí.
Ở Việt Nam, những năm gần đây cũng
không khó để nhận ra những đóng góp của các


hệ thống tự động trong các công trình công
nghiệp và dân dụng. Những khái niệm về quản

lý tòa nhà, tiết kiệm năng lượng công trình,
bảo vệ môi trường… không còn quá mới mẻ.
Tuy nhiên, mức độ áp dụng các hệ thống này
nói chung vẫn có giới hạn, chưa thực sự sâu và
rộng. Điều này sẽ thay đổi nhanh chóng trong
những năm tới đây, khi nhịp độ xây dựng
những công trình hiện đại ngày càng cao, khi
những hệ thống tự động hóa tòa nhà ngày càng
có năng lực và độ tin cậy lớn hơn, lợi ích của
việc áp dụng những hệ thống này ngày càng rõ
nét.
Luận văn này, đi sâu vào nghiên cứu xây
dựng mô hình điều khiển hệ thống HVAC bằng
BMS dựa trên khả năng tự lập trình điều khiển
bằng vi điều khiển với ngôn ngữ lập trình
MikroC và Delphi, với tính năng tương tự như
BMS của các hãng Siemens, Honeywell,
Yamatake,.... Kết quả nghiên cứu sẽ đưa ra một
cách nhìn tổng quát hơn về ứng dụng BMS
trong việc điều khiển và giám sát hệ thống của
tòa nhà và có thể là công cụ hữu ích cho những
sinh viên đang học tập và nghiên cứu về BMS
điều khiển hệ thống HVAC.
2.

NỘI DUNG

Hiện nay, các hệ thống điều hoà không
khí HVAC ( Heating Ventilating and Air
Conditioning) và BMS (Building Management

System) được sử dụng phổ biến trong các tòa nhà
cao tầng. Hệ thống trao đổi nhiệt trung tâm là
các WCH (Water Chiller) và các FCU( Fan
Coil Unit), AHU(Air Handling Unit). Trong
luận văn này, tôi đi sâu vào nghiên cứu xây
dựng mô hình hệ thống HVAC làm lạnh bằng
nước, các FCU ( Fan Coil Unit) và BMS
(Building Management System) điều khiển giám
sát thiết bị từ máy tính giống theo thực tế.
Luận văn này, được nghiên cứu với phần
cứng điều khiển chủ yếu sử dụng vi điều khiển
pic 18f4550 và được lập trình bởi mikroC. Trong
đó, bao gồm giám sát và điều khiển nhiệt độ khu
vực làm lạnh, nhiệt độ nước giải nhiệt, nhiệt độ
nước làm lạnh, lượng CO2 trong không khí, điều
khiển thiết bị và đèn chiếu sáng theo thời gian
thực hoặc thời gian tùy chọn của người vận hành
hoặc chủ đầu tư. Trong đó, giao diện màn hình
điều khiển thiết bị từ máy tính được lập trình
bằng ngôn ngữ Delphi với thiết kế hình ảnh 3D
theo thiết bị thực tế. Do đó, làm cho người vận
hành dễ giám sát và điều khiển thiết bị.
Luận văn chủ yếu tập trung xây dựng mô
hình hệ thống HVAC điều khiển bằng BMS được
thu gọn lại với đầu đủ các chi tiết như là một hệ

thống trong thức tế và thể hiện đầy đủ các thông
số và trạng thái hoạt động của hệ thống.
Thông qua luận văn này, tôi cũng hy vọng
sẽ cung cấp một mô hình và kiến thức hữu ích

cho các kỹ sư, sinh viên .v.v… đang học tập và
nghiên cứu về hệ thống HVAC điều khiển bằng
BMS
Sau đây là một số hướng dẫn về cách xây
dựng mô hình điều khiển hệ thống HVAC bằng
BMS
2.1. Thiết kế sơ đồ mạch mạch điều khiển
chính
Mạch điều khiển chính là mạch tích hợp
vi điều khiển pic 18f4550, với thiết kế màn
hình LCD đính kèm dùng để hiển thị nhiệt độ
thực tại các thời điểm của cảm biến nhiệt độ,
hiển thị lượng CO2 trong không khí tại mọi
thời điểm. Bên cạnh đó, ta cũng có thể chọn
các trạng thái hoạt động trong hệ thống như
Auto, On, Off.
Ngoài ra, mạch tích hợp này có thể kết
nối từ máy tính để điều khiển hệ thống hoạt
động và có thể tùy ý chọn, cài đặt các thông số
theo yêu cầu từ máy tính và truyền xuống
board tích hợp để điều khiển thiết bị và báo
trạng thái thiết bị trở về máy tính. Người điều
khiển có thể quan sát trạng thái thiết bị dễ dàng
từ máy tính. (xem hình 2.1).
2.2. Thiết kế sơ đồ mạch tích hợp điều
khiển rơ le đóng, cắt
Khi từ máy tính cần điều khiển một thiết
bị nào, thì máy tính sẽ truyền dữ liệu xống
board tích hợp vi điều khiển pic 18f4450 và từ
đó vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu qua mạch tích

hợp rơ le để điều khiển rơ le đóng, cắt tải cần
điều khiển. (xem hình 2.2).
2.3. Thiết kế sơ đồ mạch hồi tiếp tín hiệu
Mục đích của mạch hồi tiếp tín hiệu là
dùng để báo trạng thái của các thiết bị trên
giao diện màn hình đang hoạt động hoặc đang
ngừng. (xem hình 2.3).
2.4. Thiết kế mô hình hệ thống HVAC
Mô hình hệ thống HVAC gồm có:
• Máy nén làm lạnh
• Bầu chứa nước giải nhiệt dàn nóng
• Bầu chứa nước lạnh
• Bơm nước giải nhiệt dàn nóng
• Bơm nước lạnh từ bầu chứa nước lạnh
• Dàn lạnh và quạt dàn lạnh: dùng để cung
cấp lạnh cho những nơi cần sử dụng
• Tháp giải nhiệt và quạt tháp giải nhiệt:


dùng để giải nhiệt cho dàn nóng của
máy nén làm lạnh
• Cảm biến CO2 và cửa lấy gió dùng để
điều hòa lượng không khí thích hợp
trong phòng. (xem hình 2.4).

Từ giao diện màn hình máy tính ta chọn
Chiller system “AUTO”
- Chiller (CHL): chuyển sang “Auto” và
hoạt động (rơ le máy nén làm lạnh
sáng đèn)

- Bơm nước lạnh (CHWP): chuyển sang
“Auto” và hoạt động (rơ le bơm nước
lạnh sáng đèn)
- Bơm nước giải nhiệt (CWP): chuyển
sang “Auto” và hoạt động (rơ le bơm
nước giải nhiệt sáng đèn)
- Quạt giải nhiệt nước (CT): chuyển sang
“Auto” và Hoạt động (rơ le quạt giải
nhiệt sáng đèn)
- FCU: chuyển sang “Auto” và hoạt động
(rơ le quạt dàn lạnh sáng đèn)

2.5. Mục đích của mô hình hệ thống HVAC
Mô hình hệ thống HVAC phải đảm bảo
các yêu cầu về điều hòa không khí và thông
gió, làm cho môi trường làm việc, sinh hoạt
của con người không bị thiếu oxy và hàm
lượng CO2 trong không khí nằm trong khoảng
cho phép (từ 40ppm đến 45ppm).
Mô hình hệ thống HVAC có thể điều
khiển tự động hoặc không tự động, kiểm soát
được nhiệt độ môi và tự động cấp gió từ ngoài
vào nếu môi trường làm lạnh có hàm lượng
CO2 lớn hơn 45ppm (tức 45 phân tử CO2 trên
1.000.000 phân tử khí).

•

- Từ giao diện màn hình máy tính Chiller
System “AUTO”chuyển sang “ON”.

Nếu Chiller (CHL), Bơm mước lạnh
(CHWP), Bơm nước giải nhiệt (CWP),
Quạt giải nhiệt nước (CT) ban đầu ở
trang thái “AUTO” thì khi chuyển
Chiller System sang “ON” vẫn hoạt
động bình thường. Nhưng không tự
động tắt mở theo thời gian “Time ON”
và thời gian tắt “Time OFF” và cũng
không tắt theo nhiệt độ khi nhiệt độ tại
thời điểm đó nhỏ hơn nhiệt độ cài đặt,
mà trạng thái nhiệt độ thay đổi tại mọi
thời điểm vẫn hiển thị
- Từ giao diện màn hình máy tính
Chiller System “OFF”chuyển sang
“ON”.Nếu Chiller (CHL), Bơm mước
lạnh (CHWP), Bơm nước giải nhiệt
(CWP), Quạt giải nhiệt nước (CT) ban
đầu ở trạng thái “OFF” khi ta chuyển
Chiller Systen sang “ON” thì ta phải
mơ “ON” từng thiết bị và không tự
động mở theo thời gian “Time ON” và
tắt theo thời gian “Time OFF” và cũng
không tắt theo nhiệt độ khi nhiệt độ tại
thời điểm đó nhỏ hơn nhiệt độ cài đặt,
mà trạng thái nhiệt độ thay đổi tại mọi
thời điểm vẫn hiển thị

2.6. Kết quả mô phỏng đạt được của mô
hình hệ thống HVAC
Mô hình hệ thống HVAC có thể cài đặt

nhiệt độ, hiển thị nhiệt độ, CO2 và chọn các
trạng thái điều khiển hệ thống “ON”, “OFF”,
“AUTO” từ màn hình LCD trên board.
Mô hình hệ thống HVAC có thể kết nối
với máy tính để điều khiển thông qua phần
mềm và giao diện được lập trình sẵn.
Mô hình hệ thống HVAC có thể tự động
chạy và tắt theo thời gian đã chọn của người
vận hành. Tự động ngưng cấp lạnh khi môi
trường làm lạnh đã đạt đến nhiệt độ đặt trước.
Các kết quả đạt được từ mô hình như
sau:
• Điều khiển hệ thống Chiller System
“AUTO” (xem hình 2.5).
- Cài đặt nhiệt độ nước làm lạnh (như
hình trên 100C), chú ý nhiệt độ cài đặt
nước làm lạnh của hệ thống phải nhỏ
hơn nhiệt độ CHWS Temp tại thời đó
thì hệ thống mới tự động được.
- Cài đặt nhiệt độ làm mát cho nước giải
nhiệt (như hình sau là 260C), chú ý
nhiệt độ cài đặt làm mát nước phải nhỏ
hơn nhiệt độ thực CWS Temp tại thời
điểm đó thì quạt Colling mới hoạt
động.
- Cài đặt thời gian mở hệ thống và thời
gian tắt hệ thống (như hình sau thời
gian mở hệ thống 8h0 và thời gian tắt
hệ thống 23h0). Thời gian thực là
12h27 (thời gian thực phài nằm trong

khoảng Time ON và Time OFF thì hệ
thống mới tự động được)

Điều khiển hệ thống Chiller System
“ON” (xem hình 2.6).

•

Điều khiển FCU “AUTO” (xem hình
2.7).
- Lưu ý FCU (quạt dàn lạnh) sẽ tự động
chạy khi hệ thống Chiller System
“AUTO”, nhiệt độ phòng (nhiệt độ nơi
- cần làm lạnh) lớn hơn nhiệt độ cài đặt


•

Điều khiển FCU “ON” (xem hình 2.8).

- Lưu ý FCU (quạt dàn lạnh) chạy “ON”
khi hệ thống Chiller System “ON”, và
không tự động tắt theo nhiệt độ cài đặt.
Nhưng nhiệt độ phòng vẫn hiển thị
trên màn hình
tầng có sử dụng BMS để điều khiển và giám
sát thiết bị. Trong đề tài này, tôi chỉ thực hiện
một phần trong hệ thống BMS là xây dựng mô
hình điều khiển hệ thống HVAC bằng BMS.
Ngoài ra BMS còn ứng dụng điều khiển và

giám sát các hệ thống khác trong tòa nhà như:
hệ thống phòng cháy chữa cháy, hệ thống phân
phối điện hạ thế, hệ thống máy phát, hệ thống
phát thanh, hệ thống camera, hệ thống cấp
nước sinh hoạt và xử lý nước thải.v.v…
Tuy nhiên, để hoàn thiện một hệ thống
BMS có đầy đủ các tính năng nêu trên thì phải
cần nhiều thời gian để nghiên cứu. Cho nên,
sau này nếu có điều kiện tôi sẽ nghiên cứu và
phát triển thêm đề tài này với đầy đủ các hệ
thống có thể ứng dụng trong tòa nhà cao tầng
3.

Ross Montgomery P.E.vbefore being
edited and partly rewritten by Robert
McDowall P.Eng. Fundamentals of
HVAC Control Systems.
4.
www.mikroe.com


KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kết quả đạt được khi hoàn thành luận văn là
xây dựng được một mô hình hệ thống HVAC
hoạt động đúng theo những yêu cầu đề ra về
điều hòa không khí và thông gió. Đồng thời
cho ra kết quả cụ thể về việc ứng dụng BMS
trong việc điều khiển và giám sát thiết bị.
4.

KẾT LUẬN

Đây là một đề tài có tính chất thực tế
cao, có thể ứng dụng trong các tòa nhà cao
tầng, trung tâm thương mại.v.v…
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
2.
3.

TS. Nguyễn Trung Hòa - Nhà xuất bản
Xây Dựng. Hướng dẫn thiết kế hệ thống
quản lý tòa nhà
Stephen L. Herman, Bennie L.
Sparkman. Electricity & Controls for
HVAC/R
The reading text for this course was
originally written Steven T. Taylor,
P.E.vIt was then partially revised by

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch tích hợp pic 18f4550


Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch rơle đóng cắt

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp tín hiệu


Quạt giải nhiệt

Tháp giải nhiệt
Nơi cấp lạnh
Quạt dàn lạnh
Bồn chứa nước
làm lạnh
Bồn chứa nước
giải nhiệt
Bảng điều khiển

Máy nén

Bơm nước giải nhiệt

Bơm nước lạnh

Hình 2.4: Mô hình hệ thống HVAC

Cài đặt nhiệt độ nước giải
nhiệt

Hệ thống hoạt động
chế độ “AUTO”

Cài đặt nhiệt độ nước
làm lạnh

Thời gian thực

Hình 2.5: Hệ thống Chiller hoạt động chế độ “AUTO”

ON

ON

ON

ON

ON

Trạng thái Chiller
System “ON”

Hiển thị
nhiệt độ

Hiển thị
nhiệt độ

Hình 2.6: Điều khiển Chiller System chuyển từ “AUTO” sang :ON”
ON

Nhiệt độ phòng cài đặt
ON

Nhiệt độ phòng tại thời điểm

Hình 2.7: FCU (quạt dàn lạnh) chạy theo nhiệt độ đặt

Hiển thị nhiệt độ phòng

Trạng thái FCU “ON”

Hình 2.8: FCU (quạt dàn lạnh) hoạt động ở trạng thái “ON”