HVAC là gì? Thành phần cấu tạo và nguyên lý vận hành

Hệ thống HVAC đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các nhà máy sản xuất, nhà máy dược phẩm, kho dược phẩm, các cơ sở chế biến thực phẩm và các nhà máy công nghiệp khác. Ngoài ra, hệ thống này còn còn được sử dụng trong hệ thống tàu thủy và các thiết bị vận tải lạnh. Vậy bạn đã thực sự hiểu rõ hệ thống HVAC, bao gồm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống chưa? Hãy cùng SUNTECH khám phá chi tiết về hệ thống này qua bài viết sau đây nhé.

Hệ thống HVAC là gì?
Hệ thống HVAC là gì?

1. Khái niệm HVAC

HVAC là cụm từ viết tắt của Heating, Ventilating, and Air Conditioning, được hiểu theo tiếng việt là hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí, được gọi chung là hệ thống điều hòa không khí.

Hệ thống điều khiển HVAC là một hệ thống kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí trong nhà hoặc phương tiện di chuyển, giúp duy trì và cải thiện chất lượng môi trường sống. Để đảm bảo sự thoải mái và sự hài lòng về chất lượng không khí, hệ thống này phải cung cấp một mức độ ổn định và phù hợp với tiêu chuẩn được đặt ra. Các kỹ thuật thiết kế của hệ thống được dựa trên các nguyên lý quan trọng như truyền nhiệt, động lực học nhiệt và cơ học chất lỏng. Mục tiêu chính của hệ thống HVAC là tạo ra một không gian có nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng đạt ở mức cao nhất. Ngoài ra, hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa không khí và thay thế luồng không khí cũ.

2.  Cấu tạo của HVAC

HVAC là một hệ thống phức tạp bao gồm nhiều thành phần quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong các công trình thương mại và công nghiệp. Hệ thống này chịu trách nhiệm quan trọng trong việc duy trì điều kiện môi trường thoải mái và an toàn cho con người và các thiết bị trong tòa nhà.

2.1 Điều hòa xử lý không khí AHU

Thiết bị điều hòa không khí (AHU – Air Handling Unit) là một thành phần quan trọng của hệ thống HVAC trong các công trình thương mại và công nghiệp. Chức năng chính của AHU là xử lý không khí, hút ẩm không khí và loại bỏ nhiệt để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm.

2.2 Máy nén

Máy nén là chìa khóa cung cấp động năng cho chu trình làm mát và khởi động quá trình “vòng lặp, vòng tuần hoàn” chính. Công việc chính của máy nén là chuyển nhiệt từ chất làm lạnh đến bộ tản nhiệt. Máy nén có tác dụng quan trọng trong việc bơm nhiệt tuần hoàn thông qua môi chất làm lạnh. Môi chất làm lạnh trong hệ thống đóng vai trò quan trọng, hấp thụ nhiệt ở bộ tản nhiệt và sau đó giải phóng nhiệt khi di chuyển giữa dàn lạnh và dàn nóng.

2.3 Bình ngưng

Dàn ngưng tụ chính là bộ phận trao đổi nhiệt trong hệ thống làm mát và làm lạnh. Chúng hoạt động như một cục nóng của dàn lạnh, giúp tản nhiệt và loại bỏ nhiệt độ ra khỏi tòa nhà, đẩy chúng ra bên ngoài. Sau khi đi qua bình ngưng, chất làm lạnh ban đầu dưới dạng khí sẽ trải qua quá trình làm lạnh để trở thành chất làm lạnh lỏng, chuẩn bị cho vòng tuần hoàn tiếp theo trong hệ thống.

2.4 Van giãn nở nhiệt

Van mở rộng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của bình ngưng. Nhiệm vụ của van giãn nở nhiệt là loại bỏ áp suất từ chất làm lạnh lỏng, tạo điều kiện cho quá trình giãn nở có thể diễn ra. Nhờ sự tác động của van giãn nở, chất lỏng được biến đổi thành hơi. Vị trí lắp đặt của van giãn nở thường tùy thuộc vào thiết kế cụ thể của máy móc, có thể nằm ở bên trong hoặc bên ngoài bộ xử lý không khí.

2.5 Bộ xử lý không khí

Bộ xử lý không khí bao gồm một quạt gió, các bộ phận làm nóng và làm mát cùng với nhiều thiết bị khác; chịu trách nhiệm trong việc lưu thông không khí trong hệ thống. Bộ xử lý không khí được kết nối trực tiếp với hệ thống ống dẫn. Trong tất cả các bộ phận của bộ xử lý không khí, cuộn dây bay hơi được xem như một phần quan trọng và thường cần được bảo trì hoặc thay thế kịp thời để đảm bảo năng suất và hiệu quả hoạt động của thiết bị.

2.6 Thiết bị đầu cuối

Các thiết bị đầu cuối có thể bao gồm bộ lọc không khí, hộp gió, mặt nạ gió và quạt gió. Việc sử dụng từng thiết bị này phụ thuộc vào thiết kế cụ thể và yêu cầu riêng của hệ thống. Chúng chịu trách nhiệm trong việc điều khiển dòng khí và kiểm soát nhiệt độ trong một khu vực nhất định.

2.7 Máy làm lạnh – Chiller

Máy làm lạnh có chức năng loại bỏ nhiệt từ môi chất lạnh chảy qua các đường ống dẫn. Trong quá trình này, nước ấm sẽ đi ra và nước mát sẽ được đưa vào từ tháp giải nhiệt ở bên ngoài.

2.8 Hệ thống ống dẫn

Hệ thống ống dẫn được thiết kế và sử dụng các loại ống dẫn như ống gió và ống gió vải để đưa không khí đã được xử lý từ hệ thống điều hòa đến khu vực cần thiết. Việc lựa chọn và sử dụng ống dẫn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng không khí và lưu lượng không khí được thiết kế từ trước.

3.  Nguyên lý vận hành

Nguyên lý vận hành của hệ thống HVAC
Nguyên lý vận hành của hệ thống HVAC

Hình ảnh trên là mô tả nguyên lý vận hành của thiết bị AHU trong hệ thống

  • Đầu tiên, khí tươi được thu thập từ không khí và thông qua cụm khí đầu vào được điều khiển bằng van chỉnh gió. Sau đó, AHU (đơn vị xử lý không khí) tiến hành điều chỉnh độ ẩm, áp suất và tiến hành việc lọc sơ bộ những hạt vật chất lớn.
  • Tiếp đến, AHU điều chỉnh nhiệt độ của khí tươi bằng cách sử dụng bộ đốt (heater) để đảm bảo rằng nhiệt độ khí tươi vào khoảng 22 độ.
  • Cuối cùng, để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn các hạt vật chất nhỏ cũng như vi khuẩn, khí tươi được thông qua màng lọc HEPA.

Khoảng 90% khí trong phòng sau đó được đưa trở lại AHU (khí hồi lưu) và được cung cấp lại vào phòng sạch. Còn lại 10% được loại bỏ ra môi trường. Riêng đối với các phòng sản xuất thuốc độc hoặc thuốc chứa hoạt chất nguy hiểm, cần phải xử lý chất thải ô nhiễm trước khi thải ra môi trường để hạn chế tối đa việc ô nhiễm.

Hệ thống HVAC bao gồm ba chu trình hoạt động quan trọng:

  • Supply Air: Đây là phần của hệ thống chịu trách nhiệm cung cấp không khí, bao gồm cả không khí lạnh và không khí nóng.
  • Return Air: Đây là phần của hệ thống đảm nhận nhiệm vụ đưa không khí đã được sử dụng trở lại.
  • Exhaust Air: Nhiệm vụ của chu trình này là loại bỏ các luồng không khí không được làm sạch ra bên ngoài.

Hệ thống HVAC trong phòng sạch GMP thường được thiết kế với tỷ lệ 80-90% khí hồi lưu, còn lại 10-20% là khí tươi được lọc và cung cấp từ môi trường bên ngoài, nhưng vẫn đảm bảo cung cấp đủ oxy  cho những người làm việc trong nhà máy. Tuy nhiên, đối với các phòng sạch sản xuất vacxin và các sản phẩm vi sinh, yêu cầu về độ sạch và giới hạn nhiễm khuẩn rất cao. Do đó, không khí trong phòng sạch được thay thế liên tục với 100% lượng khí tươi để đảm bảo điều kiện sản xuất an toàn và đáng tin cậy.

4. Vai trò của hệ thống

Hệ thống HVAC đảm nhận các nhiệm vụ chính sau:

  • Cung cấp không khí thoáng mát và trong lành trong tòa nhà, văn phòng.
  • Điều khiển, duy trì nhiệt độ và độ ẩm phù hợp để đảm bảo sự thoải mái cho người sử dụng.
  • Hệ thống sử dụng công nghệ tiên tiết giúp tiết kiệm năng lượng.
  • Giảm thiểu ô nhiễm bằng cách lọc không khí trong tòa nhà.
  • Đảm bảo an toàn cho thiết bị và tài sản bên trong tòa nhà, ngăn chặn hư hỏng do ảnh hưởng của môi trường bên ngoài.

5. Ứng dụng của hệ thống HVAC

Ngày nay, hệ thống HVAC đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của mọi người. Hệ thống được áp dụng rộng rãi để điều hòa không khí và thông gió tại nhiều địa điểm, bao gồm các công ty, tòa nhà cao tầng, nhà máy sản xuất công nghiệp, trung tâm thương mại, siêu thị, và nhiều nơi khác. Ngoài ra, các ngành công nghiệp nặng như tàu vũ trụ, nhà máy điện, và ngành công nghiệp hàng không cũng đang sử dụng hệ thống này để đảm bảo điều kiện môi trường làm việc và sản xuất được duy trì ổn định và an toàn.

6. Một số hệ thống HVAC phổ biến hiện nay

Có nhiều loại hệ thống HVAC khác nhau, để lựa chọn được hệ thống phù hợp cần xem xét các yếu tố như công suất , điều kiện thời tiết và đặc điểm cụ thể của công trình. Dưới đây là ba loại hệ thống phổ biến:

6.1 Hệ thống đơn – Single Split System

Hệ thống đơn thường được tìm thấy trong các tòa nhà thương mại nhỏ hơn. Hệ thống này thường được lắp đặt trong tòa nhà văn phòng có phòng máy chủ để làm mát thiết bị máy tính hoặc trong nhà hàng. Single Split System bao gồm một máy điều hòa không khí hoặc lò kết hợp, đưa không khí qua các đường dẫn chất làm lạnh và lưu thông qua các ống dẫn khí. Tuy nhiên, hệ thống này yêu cầu dàn nóng riêng biệt cho từng không gian cụ thể.

6.2 Hệ thống đa phân chia – Multi-Split System

Hệ thống đa phân chia có khả năng kết nối đến chín dàn lạnh tới một dàn nóng duy nhất, mang lại lợi ích tiết kiệm năng lượng với diện tích ngoài trời nhỏ hơn. Tuy nhiên, việc cài đặt các hệ thống này thường đòi hỏi thời gian dài và đôi khi có thể tốn kém. Hệ thống đa phân chia thường được áp dụng tại các khách sạn, tòa nhà, hoặc các cơ sở có nhiều phòng/khu vực riêng biệt.

6.3 Hệ thống VRF

Hệ thống VRF cung cấp hệ thống sưởi và làm mát cho nhiều không gian khác nhau cùng một lúc. Hệ thống này thường được lắp đặt trong các tòa nhà văn phòng lớn, trung tâm thương mại, khách sạn hoặc không gian rộng.

Mong rằng sau bài viết này, bạn đã hiểu sâu hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống HVAC. Nếu bạn còn thắc mắc hoặc có nhu cầu thiết kế thi công hệ thống HVAC cho phòng sạch, hãy liên hệ với SUNTECH để được hỗ trợ tư vấn MIỄN PHÍ!

Xem thêm: Phòng sạch điện tử là gì? Tiêu chuẩn phòng sạch điện tử