HVAC là gì?

HVAC là gì? Cấu tạo của HVAC? Ứng dụng của HVAC như thế nào trong cuộc sống?  Mời bạn đọc tìm hiểu chi tiết qua bài viết này của Điện Lạnh Miền Nam

HVAC là gì? Tổng quan về hệ thống HVAC

HVAC là gì?

HVAC là gì? HVAC là viết tắt của cụm từ Heating Ventilating and Air Conditioning (Hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hoà không khí) gọi chung là hệ thống điều hòa không khí.

HVAC là một hệ thống kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí trong không gian trong nhà hoặc xe cộ. Mục tiêu của một hệ thống HVAC là cung cấp một mức độ chấp nhận được về chất lượng không khí trong nhà và sự thoải mái nhiệt. Các thiết kế của hệ thống được dựa trên các nguyên tắc truyền nhiệt, nhiệt động lực học và cơ học chất lỏng.

Có một vài biến thể có thể bao gồm các khía cạnh khác, như:

• HVAC & R hoặc HVACR – ‘R’: được sử dụng để chỉ ra rằng hệ thống bao gồm làm lạnh
• HACR: Đây là những hệ thống bao gồm làm lạnh, nhưng không thông gió.

Hệ thống HVAC được sử dụng trong cả cơ sở thương mại và dân cư. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo khí hậu trong cấu trúc thoải mái và không khí cũ được thay thế bằng không khí trong lành từ bên ngoài.

Lịch sử ra đời HVAC System

HVAC dựa trên những phát minh và khám phá của Nikolay Lvov , Michael Faraday , Rolla C. Carpenter , Willis Carrier , Edwin Ruud , Reuben Trane , James Joule, William Rankine, Sadi Carnot và nhiều người khác.

Nhiều phát minh trong khung thời gian này ra đời trước sự ra đời của hệ thống điều hòa không khí tiện nghi đầu tiên, được thiết kế vào năm 1902 bởi Alfred Wolff (Cooper, 2003) cho Sở giao dịch chứng khoán New York, trong khi Willis Carrier trang bị cho Công ty in Sacketts-Wilhems quy trình Đơn vị AC cùng năm. Coyne College là trường đầu tiên cung cấp chương trình đào tạo HVAC System vào năm 1899.

Việc phát minh ra các thành phần của hệ thống HVAC đồng hành với cuộc cách mạng công nghiệp và các phương pháp mới hiện đại hóa, hiệu quả cao hơn và điều khiển hệ thống liên tục được giới thiệu bởi các công ty và nhà phát minh trên toàn thế giới.

Coyne College là trường đầu tiên đào tạo HVAC vào năm 1890.

Dấu hiệu nhận biết hệ thống HVAC ở các tòa nhà

Một trong những dấu hiệu thường xuyên nhất để chúng ta nhận thấy có hệ thống HVAC là những đường dẫn, đường ống vuông, tròn và Oval chạy khắp tòa nhà.

Ngoài ra hệ thống này còn thiết bị xử lý không khí thường sử dụng cho các tòa nhà là AHU – Air Handling Unit.

Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và chức năng của hệ thống HVAC

Cấu tạo HVAC System

Một hệ thống HVAC thông thường sẽ bao gồm 3 hệ thống là sưởi, thông gió và điều hòa không khí. Trong đó hệ thống này có các thành phần hoặc thiết bị cơ bản như sau:

• Quạt (Fan) để lưu thông và trả lại không khí
• Đường ống cung cấp không khí.
• Các đầu vào cung cấp không khí và cửa hút không khí trở lại.
• Buồng khí hỗn hợp để nhận khí trong phòng và trộn với không khí bên ngoài.
• Các bộ lọc để loại bỏ các hạt bụi bẩn từ không khí hỗn hợp.
• Các bộ phận trao đổi nhiệt như cuộn dây nóng, cuộn dây hơi, chất làm lạnh bay hơi, hoặc cuộn nước lạnh để thêm nhiệt hoặc loại bỏ nhiệt từ không khí lưu thông.
• Thiết bị sưởi ấm phụ như lò khí đốt tự nhiên hoặc yếu tố nhiệt điện.
• Nén khí để nén hơi lạnh và bơm chất làm lạnh xung quanh hệ thống.
• Bộ phận loại bỏ nhiệt từ hơi lạnh và ngưng tụ nó vào một chất lỏng.
• Bơm để lưu thông nước qua bình ngưng làm mát bằng nước; máy bơm nước ngưng tụ (CWP); cung cấp nước ngưng tụ (CWS) và ngược lại (CWR).
• Bơm để lưu thông nước nóng từ nồi hơi thông qua các cuộn dây nước nóng và quay trở lại hoặc lưu thông nước lạnh từ các máy làm lạnh thông qua các cuộn dây nước lạnh và làm lạnh.
• Đối với hệ thống trung tâm, nước hoặc nồi hơi như là một nguồn sưởi ấm trung tâm.
• Đối với hệ thống trung tâm, tháp giải nhiệt với bình ngưng làm mát bằng nước.
• Hệ thống điều khiển để bắt đầu, dừng lại, hoặc điều chỉnh dòng chảy của không khí, nước, hơi nước, chất làm lạnh và điện.

Nguyên lý hoạt động của HVAC System

HVAC sẽ được vận hành theo nguyên lý như sau:

• Hệ thống sẽ lấy khí tươi từ không khí bên ngoài đưa qua cụm khí đầu vào sau đó đi qua AHU. AHU sẽ làm nhiệm vụ kiểm soát chất lượng không khí đưa từ bên ngoài vào, nó sẽ điều chỉnh độ ẩm, áp suất cũng như lọc sơ bộ các hạt bụi có kích thước lớn.
• Khí tươi cấp vào Air Handling Unit sẽ được kiểm soát bằng van chỉnh gió, sau khi đi qua thiết bị này, khí tươi sẽ được điều chỉnh nhiệt độ về khoảng 22 độ C, bằng Heater.
• Cuối cùng không khí sẽ được lọc qua màng lọc HEPA để loại bỏ hầu hết các tiểu phân có kích thước nhỏ. Đối với các môi trường cần không khí sạch như phòng sạch thì màng lọc HEPA là rất quan trọng.
• Hầu hết không khí trong phòng (khoảng 90%) sẽ được hồi lưu về AHU (khí hồi lưu) và cấp trở lại môi trường trong nhà và 10% còn lại sẽ được thải ra môi trường.

Chu trình của hệ thống HVAC

Hệ thống HVAC có 3 chu trình hoạt động mà chúng ta cần biết như sau:

• Supply Air: Cung cấp không khí, ở đây bao gồm là không khí lạnh và không khí nóng.
• Return Air: Mang không khí quay về.
• Exhaust Air: Thải luồng không khí không sạch ra bên ngoài, thường là thải trong các phòng vệ sinh.

Chức năng của hệ thống HVAC

Như đã nói ở phần trên hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Đây là kết cấu không thể thiếu được trong một công trình lớn. HVAC System có 1 chức năng quan trọng là: Cung cấp chất lượng không khí tốt nhất cho con người và môi trường sản xuất ở bất kì điều kiện như thế nào.

Hệ thống HVAC gồm những gì

Để hiểu hơn về cấu tạo của HVAC chúng ta sẽ cùng tìm hiểu kỹ về 3 hệ thống trong HVAC:

1. Hệ thống sưởi
2. Hệ thống thông gió HVAC
3. Hệ thống điều hòa không khí

Hệ thống Sưởi

Hệ thống sưởi có chức năng tạo ra và phân phối nhiệt cho toàn bộ khu vực được bao phủ bởi hệ thống HVAC. Quá trình sinh nhiệt được thực hiện bởi hệ thống máy sưởi trung tâm. Nhiệt được truyền đi thông qua ba cơ chế chính: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ nhiệt.

Các thành phần cần thiết để xây dựng một hệ thống sưởi:

• Thiết bị trung tâm dùng để đun nóng nước, hơi nước hoặc không khí. Ví dụ như lò hơi và bơm nhiệt.
• Hệ thống phân phối nhiệt: Nhiệt được truyền đi bằng các phương pháp đối lưu, dẫn nhiệt hoặc bức xạ.
• Nguồn cung cấp năng lượng cho lò sưởi: Lò sưởi có thể hoạt động bằng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, bao gồm nhiên liệu rắn (than, củi), nhiên liệu lỏng (xăng, dầu), khí đốt (gas) hoặc điện. Lò sưởi điện thường được sử dụng như một nguồn nhiệt dự phòng hoặc trong hệ thống bơm nhiệt.

Hệ thống Thông Gió

Hệ thống thông gió trong hệ thống HVAC có chức năng xử lý quá trình trao đổi không khí giữa không gian bên trong và bên ngoài công trình, và đảm bảo sự lưu thông không khí bên trong. Hệ thống này giúp cải thiện đáng kể chất lượng không khí trong nhà bằng cách loại bỏ mùi hôi, đồng thời kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, tạo môi trường sống thoải mái hơn.

Có hai phương pháp để thông gió là thông gió nhân tạo và thông gió tự nhiên.

Thông gió nhân tạo

• Thông gió nhân tạo còn được gọi là thông gió cơ học, thông gió cưỡng bức. Ở môi trường quen thuộc như nhà bếp và phòng tắm thường có ống xả cơ khí để loại bỏ mùi hôi và đôi khi hơi ẩm dư thừa từ không khí.
• Để xác định kích thước và tốc độ của quạt hút thì cần phải xác định được kích thước của phòng, tốc độ dòng chảy (lây lan của mùi) và mức độ tiếng ồn.
• Quạt truyền động trực tiếp có thể được sử dụng trong nhiều trường hợp khác nhau và do đó giảm chi phí bảo trì và tần số. Quạt trần, bàn, sàn và quạt treo tường được ưu tiên sử dụng để lưu thông không khí trong phòng và giảm nhiệt độ mà người sử dụng cảm nhận.

Thông gió tự nhiên

• Không khí cũng có thể được lưu thông và thông gió mà không cần sử dụng quạt hoặc bất kỳ thiết bị cơ khí nào khác. Thông gió tự nhiên có thể đạt được bằng cách sử dụng kết hợp các cửa sổ và cửa chớp, nó phụ thuộc vào việc bố trí kiến trúc trong công trình như thế nào cho tối ưu nhất về thông gió.
• Với bất kỳ một hệ thống thôn gió tự nhiên nào, để đạt được, chúng ta cần phải theo dõi tốc độ thay đổi không khí. Và hệ thống thông gió nhân tạo có thể được sử dụng để bổ sung cho hệ thống thông gió tự nhiên.

Điều hòa Không khí

Hệ thống điều hòa không khí được sử dụng để làm mát và kiểm soát độ ẩm của không khí trong không gian. Phần lớn không khí được tuần hoàn lại, tuy nhiên, một phần không khí tươi từ bên ngoài cũng được đưa vào để đảm bảo chất lượng không khí trong lành, tạo ra áp suất dương nhẹ trong không gian.

Toàn bộ không khí được di chuyển qua một bộ trao đổi nhiệt, tại đây, nó được làm mát bằng các thiết bị chuyên dụng và sau đó được phân phối đến các khu vực cần thiết.

Quá trình làm mát không khí diễn ra bằng cách loại bỏ nhiệt thông qua ba cơ chế chính: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ nhiệt. Chất được sử dụng để hấp thụ và vận chuyển nhiệt trong quá trình này gọi là chất làm lạnh. Chất làm lạnh này được tuần hoàn trong một hệ thống làm lạnh kín hoặc một hệ thống làm mát tự nhiên, tùy thuộc vào công nghệ điều hòa sử dụng.

Hệ thống phân phối không khí

Cuối cùng, để hoàn thiện công việc cho hệ thống HVAC thì cần có hệ thống phân phối, đây có thể là phần không được nói đến trong định nghĩa, nhưng nó cũng là một phần quan trọng cho hệ thống xử lý không khí.

Hệ thống sưởi, nhiệt cần phải được phân phối trong toàn bộ khu vực hoạt động của hệ thống. Nhiệt được truyền sang môi trường, thường là không khí, nước hoặc hơi nước:

• Nước / hơi nước: Nước có thể được đun và lưu thông ở dạng lỏng, hoặc nếu có đủ nhiệt chuyển thành hơi nước. Một máy bơm và hệ thống đường ống được sử dụng để vận chuyển môi trường được đun nóng và nhiệt được truyền đến không khí bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt như bộ tản nhiệt và cuộn dây nước nóng không khí. Đây có thể được gắn trên tường hoặc lắp đặt trong các tầng.
• Không khí: Hệ thống ống dẫn sẽ làm nhiệm vụ phân phối nhiệt. Không khí ấm hơn được cung cấp và không khí lạnh được trả lại cho hệ thống sưởi. Nhiều hệ thống cũng có thể sử dụng các ống dẫn tương tự để cung cấp không khí mát từ hệ thống điều hòa không khí. Thông thường, một hệ thống lọc hoặc làm sạch không khí được lắp đặt trong ống dẫn để loại bỏ các hạt bụi và phấn hoa.

Ứng dụng của Hệ thống HVAC

Trong không gian sống và làm việc:

• Điều chỉnh nhiệt độ: Duy trì nhiệt độ phòng ở mức thoải mái cho người sử dụng.
• Cung cấp không khí trong lành: Đảm bảo không khí lưu thông và trong lành bằng cách đưa không khí tươi từ bên ngoài vào và loại bỏ không khí ô nhiễm.
• Lọc không khí: Loại bỏ các chất gây ô nhiễm như bụi, phấn hoa, vi khuẩn và các hạt khác bằng cách sử dụng các bộ lọc khác nhau.
• Vận hành hiệu quả: Sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả.

Trong các ngành công nghiệp:

Hệ thống HVAC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm:

• Các tòa nhà: Tòa nhà văn phòng, nhà xưởng, nhà máy công nghiệp, phòng sạch.
• Các cơ sở công cộng: Khách sạn, trung tâm thương mại, nhà hàng, rạp chiếu phim, sân vận động.
• Các cơ sở y tế và giáo dục: Bệnh viện, trường học, phòng thí nghiệm.
• Các phương tiện giao thông: Ô tô, tàu hỏa, máy bay, tàu thủy, tàu ngầm.

Và nhiều môi trường khác

Hệ thống HVAC trong phòng sạch

Cũng giống như hệ thống HVAC tiêu chuẩn. HVAC của một phòng sạch là kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí. Với các mức độ chính xác khác nhau để tạo ra một môi trường thoải mái.

Tổng quan HVAC phòng sạch

Đối với HVAC phòng sạch, lượng không không khí thông thường cấp vào phòng sẽ lớn hơn. Môi trường phòng sạch có nhiều kiểu luồng không khí khác nhau và chúng cần phải sử dụng bộ lọc HEPA cũng như tạo ra mức độ chênh lệch áp suất trong không gian. Cùng với đó, phòng sạch cần đảm bảo số lần thay đổi không khí lớn hơn rất nhiều để đạt được cấp độ sạch nhất định.

Với một hệ thống HVAC thông thường thường sẽ có khoảng từ 2 – 4 lần thay đổi không khí mỗi giờ. Còn với phòng sạch, nó có thể nằm trong khoảng từ 15 – 250 thậm chí còn nhiều hơn.

Để thiết kế tốt hệ thống HVAC phòng sạch, đòi hỏi người thiết kế cần phải có hệ thống kiến thức như sau:

• Phân loại ISO phòng sạch
• Cách bố trí phòng sạch
• Luồng không khí trong phòng
• Số người làm việc trong phòng
• Các thiết bị trong phòng (tăng nhiệt)
• Việc sử dụng tủ hút hoặc tủ an toàn sinh học (hút khí)
• Hệ thống chiếu sáng
• Chênh lệch áp suất
• Nhiệt độ và độ ẩm bên ngoài
• Mức độ chính xác cần thiết

Lưu lượng không khí cấp và số lần trao đổi không khí

Một số câu hỏi đầu tiên khi thiết kế HVAC cho phòng sạch mà chúng ta cần trả lời là:

• Lưu lượng khí cấp vào phòng là bao nhiêu?
• Số lần trao đổi không khí trong phòng sạch là bao nhiêu mỗi giờ?
• Phòng sạch sẽ cần đáp ứng cấp độ sạch nào?

Số lần thay đổi không khí chỉ được xác định theo khoảng chứ không phải theo các giá trị cụ thể. Cho dù cùng một cấp độ phòng sạch nhưng mỗi phòng sạch có ứng dụng khác nhau sẽ có các yêu cầu khác nhau về ACH.

Nhiệt độ và độ ẩm khi thiết kế HVAC phòng sạch

• Một trong những yếu tố quan trọng cần quan tâm khi thiết kế hệ thống xử lý không khí cho phòng sạch là độ chính xác của nhiệt độ và độ ẩm tương đối (RH) (+/-).
• Nhiệt sẽ được tạo ra bởi người vận hành và các thiết bị do đó nó cần phải được bù bằng máy lạnh. Vì lý do đó, khi thiết kế cần phải biết có bao nhiêu người làm việc trong phòng sạch, có những thiết bị nào cần sử dụng và lượng nhiệt chúng tạo ra là bao nhiêu.

Chênh lệch áp suất trong phòng sạch

Đối với các phòng sạch, chênh lệch áp suất là yếu tố quan trọng bậc nhất. Đa số các phòng sạch đều sẽ duy trì áp suất dương trừ một số phòng sử dụng cho các sản phẩm nguy hiểm thì sẽ sử dụng áp suất âm. Ứng dụng của nó như sau:

• Duy trì áp suất dương: Giúp ngăn chặn các hạt bụi ô nhiễm từ môi trường bên ngoài vào môi trường phòng sạch. Để bảo vệ sản phẩm bên trong phòng khỏi các tác nhân ô nhiễm.
• Duy trì áp suất âm: Giúp ngăn chặn các hạt bụi mang tính chất nguy hiểm từ môi trường phòng sạch ra môi trường bên ngoài. Để bảo vệ môi trường và con người bên ngoài khỏi các tác nhân nguy hiểm.

Do vậy hệ thống HVAC cho phòng sạch cần phải điều chỉnh lượng khí cấp vào và khí hồi lưu để tính toán giá trị chênh áp phù hợp cho mỗi phòng.

HVAC trong tiêu chuẩn GMP

GMP là một trong những tiêu chuẩn khắt khe nhất về xây dựng nhà xưởng sản xuất, chúng ta có thể biết đến các tiêu chuẩn như GMP WHO, GMP EU, Pics GMP, … Tất cả chúng đều yêu cầu một hệ thống xử lý không khí cực tốt.

Do vậy HVAC System trong GMP là vô cùng quan trọng, tác động trực tiếp đến việc vận hành nhà máy sản xuất.

Bảo trì HVAC

Lợi ích của việc bảo trì HVAC

• Tiết kiệm chi phí sửa chữa và thay thế vật tư, linh kiện.
• Giảm thiểu thời gian gián đoạn sản xuất do hỏng hóc.
• Tiết kiệm điện năng tiêu thụ.
• Nâng cao hiệu suất hoạt động của thiết bị.

Các công việc cần làm khi bảo trì hệ thống HVAC

1. Bảo trì và thay thế bộ lọc

Các bộ lọc đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ bụi bẩn, các chất gây dị ứng và các hạt ô nhiễm khác khỏi không khí lưu thông trong tòa nhà và khu vực sản xuất. Thay thế bộ lọc định kỳ giúp hệ thống HVAC hoạt động hiệu quả hơn, đảm bảo lưu lượng gió tốt và chất lượng không khí trong lành.

2. Bảo trì quạt

Trong quá trình hoạt động, các đầu nối điện và cơ cấu cơ khí của quạt có thể bị lỏng hoặc hư hỏng do rung động. Khi thay bộ lọc, hãy kiểm tra quạt để đảm bảo chúng vẫn hoạt động tốt.

3. Bảo trì cánh quạt

Kiểm tra và vệ sinh khu vực chân không và quạt gió của thiết bị HVAC. Làm sạch cánh quạt và loại bỏ bụi bẩn hoặc các mảnh vụn có thể gây thêm tải cho động cơ. Vệ sinh quạt thường xuyên giúp quạt hoạt động cân bằng và duy trì hiệu suất tối ưu của hệ thống xử lý không khí.

4. Bôi trơn động cơ thường xuyên

Động cơ quạt cần được bôi trơn định kỳ để hoạt động trơn tru và kéo dài tuổi thọ. Việc bôi trơn đúng cách giúp giảm ma sát, tiết kiệm điện năng và ngăn ngừa hỏng hóc động cơ. Tần suất bôi trơn phụ thuộc vào loại động cơ quạt và khuyến nghị của nhà sản xuất.

5. Kiểm tra hệ thống điện

Hệ thống điện của HVAC có thể bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn, các giắc cắm lỏng lẻo, hoặc các mối nối không chắc chắn, dẫn đến nguy cơ chập cháy. Bảo trì định kỳ giúp phát hiện và khắc phục kịp thời các sự cố tiềm ẩn, đảm bảo an toàn và liên tục cho hoạt động sản xuất của nhà máy.

Lựa chọn thiết bị HVAC

Trong khi lựa chọn một hệ thống HVAC và các thiết bị thành phần của nó, cần phải tính đến một số yếu tố:

• Thông gió tự nhiên: Các nhà thiết kế nên cân nhắc việc sử dụng thông gió tự nhiên và lắp đặt các cửa sổ có thể hoạt động để cung cấp thông gió bổ sung, ngoài thông gió cơ học. Tuy nhiên, hãy lưu ý một số điều sau:
• Nếu có rất nhiều ô nhiễm và bụi, nó thực sự có thể làm giảm chất lượng không khí trong nhà.
• Cửa sổ hoạt động phải nằm trong khoảng từ 3-6 feet so với sàn
• Các cửa sổ nên được điều chỉnh và tạo thành một con dấu chặt chẽ khi đóng cửa
• Để tối đa hóa lượng thông gió tự nhiên, lắp đặt cửa sổ trên các mặt đối diện của tòa nhà để tạo sự thông thoáng

Bất cứ nơi nào nó khả thi, lắp đặt các thiết bị xử lý không khí trung tâm HVAC (AHU) có thể phục vụ nhiều phòng, thay vì máy thở đơn vị cá nhân hoặc máy bơm nhiệt. Tìm kiếm các tính năng này trong AHU:

• Chảo rán hai tầng để ngăn nước đọng
• Các cửa ra vào có bản lề dễ dàng tiếp cận và vận hành
• Tủ tường đôi để ngăn chặn độ ẩm hoặc hư hỏng cơ học
• Tủ kín, giảm rò rỉ khí và cải thiện chất lượng không khí
• Gasket đệm cửa hai lớp để cách nhiệt và cách âm
• Khe lọc dày có thể chứa bộ lọc 2 inch hoặc dày hơn
• Mở rộng bộ lọc diện tích bề mặt để giảm bảo trì bộ lọc và tăng hiệu suất quạt
• Bộ lọc khí được thiết kế để giảm thiểu rò rỉ
• Màn hình lọc khí để đo áp suất tĩnh giảm
• Các liên kết chống ăn mòn, bộ giảm chấn và tất cả các bộ phận chuyển động

Đến đây thì chắc bạn đọc đã nắm được ít nhiều về HVAC là gì rồi. Hy vọng, qua bài viết này của chúng tôi sẽ giúp ích được ít nhiều cho quý vị.

Công ty Cổ Phần Cơ Điện lạnh Miền Nam, nhà cung cấp kho lạnh, block máy lạnh, máy làm lạnh nước uy tín trên toàn quốc, quý khách nào đang có nhu cầu vui lòng liên hệ Hotline để được tư vấn chi tiết hơn.