Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng đã khiến các công ty phải xem xét lại cách họ sản xuất các bộ phận cho hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí, đặc biệt là trong việc giảm thiểu tài nguyên bị lãng phí. Các bộ trao đổi nhiệt ngày nay thường sử dụng công nghệ microchannel, công nghệ này có thể nâng cao hiệu suất truyền nhiệt khoảng 30% theo một số thử nghiệm, đồng thời còn giúp giảm lượng gas lạnh sử dụng tổng thể. Đối với các trục vít máy nén, công nghệ gia công kỹ thuật số cho phép các nhà sản xuất chế tạo các linh kiện có độ tinh xảo cao hơn, từ đó giảm các điểm ma sát và thất thoát năng lượng không mong muốn trong quá trình vận hành. Khi xem xét toàn bộ hệ thống, những cải tiến nhỏ nhưng quan trọng này có ảnh hưởng ở khắp mọi nơi, từ các van đến cảm biến, trải dài trên tất cả các bề mặt mà nhiệt thực sự di chuyển giữa các vật liệu. Các chuyên gia trong ngành chỉ ra rằng ngay cả những thay đổi nhỏ trong thiết kế linh kiện cũng có thể dẫn đến sự khác biệt đáng kể về hiệu suất làm mát của hệ thống theo thời gian.
Các máy nén chạy bằng biến tần cùng với hệ thống VRF (lưu lượng môi chất lạnh thay đổi) có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng vì chúng điều chỉnh mức làm lạnh dựa trên nhu cầu thực tế tại bất kỳ thời điểm nào. Các hệ thống truyền thống chỉ đơn giản bật tối đa rồi tắt hoàn toàn, nhưng công nghệ biến tần giữ cho hệ thống hoạt động ổn định ngay cả khi nhu cầu không ở mức cao nhất. Cách tiếp cận này giúp giảm tiêu thụ điện từ khoảng 20% đến 40% tùy theo điều kiện sử dụng. Khi nhiệt độ bên ngoài tăng cao hoặc hạ thấp đáng kể, các kỹ thuật phun hơi tiên tiến giúp duy trì hiệu suất hoạt động của hệ thống. Các van bên trong hệ thống hiện đại này hoạt động bằng điện để kiểm soát lượng môi chất lạnh lưu thông dựa trên cả dữ liệu đọc nhiệt độ và việc có người đang hiện diện trong không gian hay không. Các nhà sản xuất cũng tiếp tục cải tiến các công nghệ này, tích hợp các cảm biến theo dõi chuyển động của chất lỏng với độ chính xác khoảng ±2%. Những cải tiến nhỏ nhưng quan trọng này giúp các tòa nhà luôn đảm bảo sự thoải mái mà không gây lãng phí điện năng.
Bộ Năng lượng Hoa Kỳ báo cáo rằng hệ thống HVAC tiêu thụ khoảng 40% tổng lượng năng lượng sử dụng trong các tòa nhà thương mại, khiến chúng trở thành mục tiêu hàng đầu để cải thiện hiệu suất. Gần đây, chúng ta đã chứng kiến một số phát triển thú vị ở cấp độ linh kiện. Ví dụ, lớp phủ giống kim cương được phủ trên thân van giúp giảm tổn thất ma sát khoảng 37%. Trong khi đó, các loại dầu chứa hạt nano đang mang lại cải tiến cho máy nén bằng cách bám chắc vào các bề mặt kim loại. Một thủ thuật thông minh khác là các gioăng polymer nhạy nhiệt có khả năng tự điều chỉnh khi trải qua các chu kỳ nóng lạnh, ngăn chặn hiện tượng rò rỉ môi chất lạnh khó chịu có thể gây thất thoát từ 10.000 đến 15.000 USD mỗi năm từ ngân sách của các cơ sở. Điều khiến những nâng cấp này trở nên hấp dẫn là chúng không yêu cầu thay thế toàn bộ hệ thống, mà chỉ cần thay thế một vài bộ phận nhất định, dẫn đến việc giảm tiêu thụ năng lượng một cách đáng kể theo thời gian.
Các quy định trên toàn cầu, bao gồm SEER2 và chỉ thị F-Gas của EU, đã buộc các công ty phải xem xét lại các linh kiện cũ như cuộn dây ngưng tụ và van giãn nở trong hệ thống của họ. Ngành công nghiệp hiện đang đối mặt với các mục tiêu hiệu suất cao hơn khoảng từ 10 đến thậm chí 15 phần trăm so với trước đây, đồng thời phải chuyển đổi sang các chất làm lạnh mới hơn này, vốn có tiềm năng gây nóng lên toàn cầu thấp hơn nhưng cũng đi kèm một số rủi ro cháy nổ được phân loại là A2L. Theo kết quả từ Báo Cáo Thị Trường Làm Lạnh Thương Mại Châu Âu Gần Đây Nhất Vào Năm 2024, các nhà sản xuất đang chạy đua để tích hợp các vật liệu chống ăn mòn và lắp đặt các mối nối điện kín hoàn toàn trên toàn bộ sản phẩm của họ. Những thay đổi này không chỉ đơn thuần là để đáp ứng các yêu cầu về mặt giấy tờ, mà thực sự còn giúp thiết bị an toàn hơn và đưa sản phẩm phù hợp với những gì mà các khu vực khác nhau đòi hỏi để vận hành đúng đắn.
Sự kết hợp giữa công nghệ IoT và trí tuệ nhân tạo đang thay đổi cách thức hoạt động của các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí, chủ yếu thông qua tính năng giám sát thời gian thực và điều khiển thông minh. Các hệ thống này hiện được trang bị cảm biến tích hợp, gửi thông tin ngược trở lại các trung tâm điều khiển, cho phép tự động điều chỉnh các yếu tố như tốc độ máy nén và lưu lượng môi chất làm lạnh. Phần mềm thông minh phân tích nhiều yếu tố khác nhau bao gồm chỉ số áp suất, sự thay đổi nhiệt độ và các mô hình vận hành trong quá khứ để phát hiện các vấn đề tiềm ẩn từ rất sớm trước khi chúng thực sự xảy ra. Một số nghiên cứu cho thấy bảo trì dự đoán này có thể giảm chi phí sửa chữa khoảng 40%, mặc dù kết quả có thể khác nhau tùy thuộc vào độ tuổi và điều kiện sử dụng của hệ thống. Ngoài việc tiết kiệm chi phí sửa chữa, các hệ thống thông minh này cũng giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng tổng thể, đồng thời vẫn duy trì chính xác mức nhiệt độ mong muốn trong mọi môi trường, từ các tủ đông của cửa hàng thực phẩm đến phòng phẫu thuật bệnh viện.
Bộ điều nhiệt thông minh phân tích các mô hình lưu trú trong quá khứ để tự động điều chỉnh lịch làm mát, giúp giảm tiêu thụ năng lượng cho hệ thống HVAC thương mại khoảng 30 phần trăm trong nhiều trường hợp. Về bảo trì, các cảm biến rung không dây kết nối với hệ thống IoT sẽ phát hiện sớm các dấu hiệu cảnh báo rằng máy nén có thể bị mất cân bằng, đồng thời gửi cảnh báo ngay lập tức để kỹ thuật viên xử lý sự cố trước khi chúng trở nên nghiêm trọng hơn. Đối với các hoạt động lớn như trung tâm dữ liệu hoặc kho lạnh nơi từng giờ đều quan trọng, các tính năng dự đoán này giúp hệ thống vận hành ổn định đồng thời đạt được các mục tiêu tiết kiệm năng lượng. Kết quả là giảm thời gian chờ sửa chữa và hóa đơn năng lượng giảm đáng kể trên toàn bộ hệ thống.
Tích hợp các thành phần thông minh làm giảm ứng suất cơ học, kéo dài tuổi thọ thiết bị. Việc tối ưu hóa liên tục ngăn chặn hiện tượng quá nhiệt ở máy nén và van, làm giảm mức độ suy giảm liên quan đến mài mòn gần 25% so với các hệ thống truyền thống. Tính tương tác mượt mà và các bản cập nhật phần mềm định kỳ củng cố độ tin cậy lâu dài, hỗ trợ vận hành tòa nhà bền vững và tuân thủ các tiêu chuẩn ngành đang không ngừng phát triển.
Khi các quốc gia trên toàn thế giới chuyển dịch khỏi các loại gas làm lạnh có chỉ số GWP cao như R-410A, chúng ta đang chứng kiến những thay đổi lớn trong ngành công nghiệp lạnh và điều hòa không khí. Các nhà sản xuất linh kiện cho biết việc tìm mua các máy nén và van tương thích hiện đang tốn chi phí cao hơn từ 15% đến 25% so với trước đây, theo nghiên cứu thị trường của Future Market Insights năm 2024. Tuy nhiên, sự gia tăng về giá này lại khiến các công ty phải sáng tạo hơn trong việc lựa chọn vật liệu và thiết kế. Các bộ trao đổi nhiệt hiện nay thường được làm từ hợp kim chống ăn mòn, giúp tăng độ bền và tuổi thọ; đồng thời các nhà sản xuất thiết bị cũng đã bắt đầu áp dụng thiết kế mô-đun, giúp việc nâng cấp các hệ thống cũ trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Ngành công nghiệp cũng đang hướng đến các hệ thống kín (hermetic systems) vì chúng có khả năng bịt kín tốt hơn, giảm rò rỉ, từ đó hỗ trợ đáp ứng các quy định về môi trường đồng thời tiết kiệm chi phí trong dài hạn nhờ giảm đáng kể nhu cầu bảo trì.
Khoảng 38 phần trăm hệ thống làm lạnh mới hiện nay sử dụng các chất làm lạnh tự nhiên như CO2 (R744) và hydrocarbon (R290), tuy nhiên những lựa chọn thay thế này cũng mang theo một số vấn đề riêng trong quá trình lắp đặt. Các hệ thống CO2 cần các bộ phận có khả năng chịu được mức áp suất cao gấp khoảng mười lần so với những hệ thống tiêu chuẩn thông thường, điều này là một thách thức đáng kể đối với nhiều cơ sở. Các chất làm lạnh hydrocarbon lại tạo ra những vấn đề hoàn toàn khác do chúng là vật liệu dễ cháy, cần phải được duy trì trong những khu vực cụ thể theo quy định an toàn. Khi cố gắng nâng cấp các thiết bị hiện có bằng những lựa chọn mới hơn này, hiệu suất thường giảm khoảng 32% vì các hệ thống cũ không được thiết kế để hoạt động với các loại chất bôi trơn phù hợp. Để vượt qua những trở ngại này, các nhà sản xuất đã bắt đầu tích hợp các van chắc chắn hơn, các cơ chế bịt kín tốt hơn và công nghệ cảm biến tiên tiến trong suốt quá trình thiết kế hệ thống. Những nâng cấp này giúp đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn mới nhất được nêu trong ASHRAE 34-2022, mặc dù việc đáp ứng các thông số kỹ thuật này đôi khi đòi hỏi những thay đổi đáng kể trong bố trí thiết bị truyền thống.
Hệ thống làm lạnh A2L thế hệ mới cần một sự cân bằng tinh tế giữa hiệu quả hoạt động, nguy cơ bắt lửa và ảnh hưởng khi con người tiếp xúc với chúng. Các nhà sản xuất hiện đã bắt đầu tích hợp các thiết bị như cảm biến rò rỉ hồng ngoại trực tiếp vào hệ thống, bên cạnh các thiết bị chống cháy để xử lý những vấn đề dễ cháy nhỏ. Các máy nén hiện nay cũng đã cải tiến đáng kể. Một số mẫu đạt tới hiệu suất nhiệt gần 95%, một con số ấn tượng. Tuy nhiên, cũng không nên bỏ qua việc lựa chọn vật liệu. Sự kết hợp giữa đồng và nhôm đang ngày càng phổ biến vì chúng ngăn chặn được vấn đề ăn mòn điện phân khó chịu đồng thời giữ tiềm năng làm nóng lên toàn cầu (GWP) dưới mức 150. Cách tiếp cận này thực sự mang lại một hướng đi khả thi cho các công ty muốn vận hành mà không gây tổn hại nhiều đến môi trường.
Các hệ thống HVAC mới nhất ngày nay đang bắt đầu tích hợp nhiều vật liệu thân thiện với môi trường hơn. Các nhà sản xuất đã bắt đầu sử dụng các loại bọt polyurethane có nguồn gốc sinh học cùng với nhôm tái chế cho nhiều bộ phận, với cách tiếp cận xanh này chiếm khoảng một nửa trong tổng số công việc cách nhiệt và chế tạo bộ trao đổi nhiệt. Về phương pháp sản xuất, các kỹ thuật sản xuất theo phương pháp cộng gộp giúp giảm đáng kể lượng chất thải - khoảng 58% theo các báo cáo của ngành. Điều thực sự thú vị là cách các công ty thiết kế sản phẩm cho giai đoạn cuối vòng đời của chúng. Những thiết kế này giúp việc tháo dỡ các thiết bị cũ dễ dàng hơn, nghĩa là các nhà sản xuất có thể thu hồi khoảng 90% vật liệu để tái sử dụng. Ngoài ra còn có sự hỗ trợ ngày càng lớn từ các tổ chức như Hiệp hội Bền vững HVAC, những đơn vị thúc đẩy các phương pháp nền kinh tế tuần hoàn. Về cơ bản, họ muốn các thiết bị HVAC cũ trở thành nguyên liệu thô để chế tạo thiết bị mới thay vì bị đưa vào các bãi rác. Cách tiếp cận như vậy giúp giảm thiểu tác động môi trường trong suốt toàn bộ vòng đời sản phẩm, từ khâu sản xuất cho đến khâu xử lý.
Loại công nghệ làm mát được sử dụng sẽ quyết định loại linh kiện làm lạnh nào là cần thiết. Đối với các hệ thống nén hơi, chúng ta đang nói về các máy nén hiệu suất cao kết hợp với các dàn ngưng tụ không bị ăn mòn khi làm việc với các chất làm lạnh như R-32. Khi nói đến các phương pháp làm mát bằng bay hơi, mọi chuyện trở nên thú vị hơn vì chúng phụ thuộc rất nhiều vào các vật liệu đặc biệt có khả năng giữ nước và phân phối chính xác để kiểm soát hiệu quả mức độ ẩm. Ngoài ra còn có làm mát hấp thụ, vốn là một thách thức hoàn toàn khác, đòi hỏi các bộ trao đổi nhiệt phải được chế tạo đủ bền để tồn tại qua mọi loại biến đổi nhiệt độ trong khi phải xử lý các dung dịch bromide liti phức tạp. Những nghiên cứu gần đây được công bố trong ấn bản mới nhất của Tạp chí Khoa học Vật liệu thực tế đã chứng minh thông qua các mô phỏng động lực học chất lưu tính toán chính xác cách mà những nhu cầu khác nhau này ảnh hưởng đến các lựa chọn về vật liệu và thiết kế hệ thống nói chung.
Nhờ vào các kỹ thuật sản xuất cộng hưởng, hiện nay chúng ta có các bộ trao đổi nhiệt kênh vi mô với khả năng dẫn nhiệt tốt hơn khoảng 22 phần trăm. Sự phát triển này đồng nghĩa với việc các hệ thống cần khoảng 30% lượng gas lạnh ít hơn tổng thể. Chuyển sang máy nén, các thiết bị tốc độ thay đổi được trang bị ổ trục từ tính cũng đang tạo ra những bước tiến mới. Những mẫu thiết kế mới hơn này giảm tổn thất năng lượng khoảng 18% so với các thiết kế truyền thống cũ hơn. Đối với những người làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, các lớp phủ dựa trên graphene được áp dụng lên rotor máy nén tạo ra sự khác biệt lớn. Chúng cải thiện đáng kể tuổi thọ linh kiện dưới áp lực cao trong khi vẫn tương thích tốt với các loại gas lạnh thế hệ mới có chỉ số tiềm năng gây nóng lên toàn cầu thấp. Kết quả là thiết bị hoạt động hiệu quả hơn mỗi ngày mà không làm ảnh hưởng đến các tiêu chuẩn môi trường.
Việc kết hợp các mô-đun nhiệt điện với công nghệ nén hơi truyền thống đang tạo ra một động lực thực sự trên thị trường đối với các linh kiện có khả năng xử lý nhiều chức năng cùng lúc, ví dụ như các van giãn nở hai chế độ mà chúng ta ngày càng thấy phổ biến gần đây. Theo bản đánh giá Ngành Quản lý Nhiệt năm ngoái, các nhà sản xuất hiện đang tích hợp các mảng làm mát vi lưu ngay vào trong các tấm ngưng tụ. Giải pháp này cho phép kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn nhiều trong những hệ thống điện tử dày đặc, nơi việc quản lý nhiệt độ là đặc biệt quan trọng. Tuy nhiên, tất cả các đổi mới này cũng đi kèm với những thách thức riêng. Ngành công nghiệp cần các thông số sản xuất mới và những phương pháp kiểm tra hoàn toàn khác biệt nếu muốn các hệ thống lai này hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện thực tế khác nhau, vượt ra ngoài môi trường phòng thí nghiệm tiêu chuẩn.
Ngày càng nhiều người chuyển đến sống ở thành phố cùng với điều kiện thời tiết nóng hơn đang tạo ra nhu cầu lớn mới về hệ thống điều hòa không khí tại nhiều quốc gia đang phát triển. Dự báo thị trường cho thấy ngành kinh doanh HVAC có thể mở rộng thêm khoảng 90,5 tỷ USD vào năm 2029 với tốc độ tăng trưởng trung bình khoảng 7% mỗi năm, trong khi phần lớn thiết bị mới thực tế sẽ được lắp đặt tại các thị trường mới nổi. Cũng cần nghĩ đến các trung tâm dữ liệu, nơi hiện đang tiêu thụ khoảng 3% tổng lượng điện toàn cầu và cần các bộ phận làm mát đặc biệt vì chúng phát sinh rất nhiều nhiệt tại một chỗ. Các công ty hiện đang sản xuất các máy nén khí được thiết kế riêng cho từng khu vực cùng với các cảm biến nhiệt thông minh hoạt động hiệu quả mà không gây lãng phí năng lượng. Nhìn vào xu hướng gần đây trong hoạt động xây dựng, chúng ta thấy rằng chu kỳ phát triển sản phẩm cho các bộ phận làm mát đã được rút ngắn đáng kể kể từ giữa năm 2023 khi các doanh nghiệp cố gắng theo kịp nhu cầu thị trường.
Tình trạng hỗn loạn sau đại dịch đã thúc đẩy nhiều ngành công nghiệp hướng tới việc xây dựng các trung tâm sản xuất khu vực trong khi các công ty củng cố hoạt động một cách chiến lược. Năm công ty lớn nhất trong lĩnh vực này đã thực sự mở rộng sự thống trị của họ, chiếm gần một nửa (52%) thị trường kể từ năm 2019 bằng cách mua lại các đối thủ nhỏ hơn. Hầu hết các doanh nghiệp ngày nay duy trì nguồn dự trữ phụ tùng không xa quá 500 dặm (khoảng 800 km) so với nơi lắp đặt, điều này đã giảm thời gian chờ đợi từ khoảng ba tháng xuống còn chỉ một tháng. Các công cụ phần mềm tiên tiến hiện nay có thể cảnh báo trước khoảng sáu tuần về các vấn đề tiềm ẩn liên quan đến nguồn cung, mang lại cho các nhà quản lý khoảng thời gian cần thiết để phản ứng. Và sau đó còn có cả cuộc cách mạng in 3D đang diễn ra ở cấp độ địa phương trong những năm gần đây. Những cửa hàng sản xuất quy mô nhỏ này có thể chế tạo các bộ phận thiết yếu gần như qua đêm khi các tuyến đường vận chuyển truyền thống bị tắc nghẽn, điều mà chúng ta đã thấy rõ ràng và đau đớn trong những giai đoạn phong tỏa kéo dài.
Ngày càng nhiều nhà sản xuất hiện nay đang chuyển đổi sang các phương pháp sản xuất theo mô hình kinh tế tuần hoàn tuân thủ hướng dẫn của ISO 14001, theo dõi lượng khí thải carbon từ nguyên vật liệu cho đến khâu xử lý cuối cùng. Các chính sách miễn giảm thuế của chính phủ Mỹ đã thúc đẩy các công ty chi thêm khoảng 23% ngân sách cho nghiên cứu các giải pháp thay thế có thể phân hủy sinh học và các chương trình tái sử dụng sản phẩm cũ. Theo các báo cáo ngành gần đây, các doanh nghiệp áp dụng hệ thống tái chế khép kín đã giảm được lượng phát thải trong sản xuất khoảng 31% chỉ trong vòng hai năm từ 2022 đến 2024. Những con số này thực sự cho thấy rằng việc chuyển sang sản xuất xanh không chỉ tốt cho môi trường mà còn mang lại lợi ích tài chính lâu dài cho đa số các nhà sản xuất đang nỗ lực duy trì tính cạnh tranh và giảm thiểu tác động môi trường.
Hiệu quả năng lượng là yếu tố chính vì nó giảm thiểu tài nguyên bị lãng phí và nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Chúng điều chỉnh mức làm lạnh dựa trên nhu cầu thực tế, giảm tiêu thụ điện từ 20-40%.
Các thách thức bao gồm việc xử lý mức áp suất cao, lo ngại về khả năng cháy và tính tương thích với các hệ thống cũ.
Chúng giảm căng thẳng cơ học và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống, làm giảm mài mòn và cải thiện hiệu suất năng lượng.
Tin Tức Nổi Bật
EN
