HVAC là gì? Tài liệu về hệ thống HVAC công nghiệp

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.

Nội dung chính

1. HVAC là gì? Hệ thống HVAC

HVAC là gì? HVAC được viết tắt từ cụm từ Heating, Ventilating, and Air Conditioning, 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 kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và lưu lượng không khí để duy trì và cải thiện chất lượng không khí. Ngày nay, hệ thống điều hòa không khí được ứng dụng để điều hòa thông gió ở các công trình như trung tâm thương mại, tòa nhà cao tầng, nhà máy – nhà xưởng sản xuất công nghiệp, phòng thí nghiệm nghiên cứu, phòng sạch sản xuất,…

Xem thêm: Làm thế nào để thiết kế HVAC hiệu quả?

2. Thành phần cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí

Hệ thống điều hòa không khí bao gồm 6 hệ thống chính.

2.1 Heating System – Hệ thống sưởi

Hệ thống sưởi ấm có nhiệm vụ tạo ra nhiệt để làm ấm không khí trong nhà, sử dụng các phương pháp truyền nhiệt như đối lưu, dẫn nhiệt hoặc bức xạ thông qua môi chất hoặc không khí.

Thiết bị sưởi ấm gồm:

Lò hơi (Boiler)
Bơm nhiệt
Nồi hơi
Coil điện trở
Máy sưởi trung tâm,…

2.2 Venilation System – Hệ thống thông gió

Hệ thống thông gió bao gồm các đường ống gió, quạt thông gió, bộ lọc không khí và thiết bị điều khiển nhằm điều chỉnh lưu lượng cũng như áp suất không khí trong công trình. Nhiệm vụ chính của hệ thống là đưa không khí từ bên ngoài vào, sau đó tiến hành lọc bụi, điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí trước khi cấp vào các khu vực chỉ định.

Về cấu trúc dẫn khí, hệ thống thông gió có thể được chia thành hai dạng:

Dẫn khí tự nhiên: tận dụng sự lưu thông không khí dựa trên thiết kế kiến trúc của công trình.
Dẫn khí cưỡng bức (nhân tạo): sử dụng các thiết bị như quạt, hệ thống ống gió và bộ điều khiển để điều phối và kiểm soát luồng không khí.

2.3 Air Conditioner – Hệ thống điều hòa không khí

Hệ thống điều hòa không khí (Air Conditioner) đảm nhiệm chức năng làm lạnh, sưởi ấm và xử lý chất lượng không khí. Hệ thống này hoạt động dựa trên chu trình làm lạnh của môi chất lạnh, kết hợp với các thiết bị xử lý và phân phối không khí.

Các thành phần quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí bao gồm:

Máy nén (Compressor): Nén môi chất lạnh để tăng áp suất và nhiệt độ, tạo điều kiện cho chu trình làm lạnh hoạt động.
Dàn ngưng tụ (Condenser): Thải nhiệt ra môi trường bên ngoài và làm môi chất lạnh chuyển từ trạng thái khí sang lỏng.
Dàn bay hơi (Evaporator): Hấp thụ nhiệt từ không khí bên trong, giúp làm giảm nhiệt độ không khí trước khi cấp vào phòng.
Thiết bị xử lý không khí (AHU/FCU): Điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm và lọc bụi trong không khí trước khi phân phối đến các khu vực trong tòa nhà.

2.4 Control System – Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển bao gồm:

Bộ điều khiển tự động
Cảm biển
Hệ thống giám sát và điều khiển BMS
Tủ điện điều khiển

2.5 Piping and Pumping System – Hệ thống đường ống và bơm

Hệ thống này vận chuyển, phân phối chất lỏng (nước, chất làm lạnh) và không khí đến các bộ phận khác.

2.6 Electrical System – Hệ thống điện

Hệ thống bao gồm máy biến áp, bảng điều khiển, hệ thống điện để cung cấp nguồn điện cho các thiết bị khác trong hệ thống điều hòa không khí công nghiệp.

3. Nguyên lý vận hành hệ thống HVAC

3.1 Chu trình vận hành hệ thống HVAC

Supply Air – Gió cấp: Cung cấp không khí đã xử lý vào không gian phòng sạch.
Return Air – Gió hồi: Đưa khí đã sử dụng trở lại AHU.
Exhaust Air – Gió thải: Thải khí không được làm sạch ra ngoài môi trường.

3.2 Nguyên lý hoạt động

Bước 1: Thu khí tươi từ môi trường

Khí tươi được lấy từ không khí xung quanh và đi qua cụm van chỉnh gió, giúp điều chỉnh lưu lượng khí vào hệ thống.

Bước 2: Xử lý khí tại AHU (Air Handling Unit)

Khí tươi được đưa vào AHU, nơi thực hiện các bước xử lý quan trọng:

Điều chỉnh độ ẩm và áp suất: Tạo điều kiện phù hợp cho môi trường phòng sạch.
Lọc sơ bộ: Loại bỏ các hạt bụi lớn trước khi qua các bước xử lý tiếp theo.
Điều chỉnh nhiệt độ: Sử dụng bộ đốt để kiểm soát nhiệt độ, duy trì ở mức khoảng 22°C, lý tưởng cho không gian bên trong.

Bước 3: Lọc khí qua màng HEPA

Khí tươi sau khi qua AHU sẽ được lọc tiếp qua màng HEPA để loại bỏ hạt bụi nhỏ và vi khuẩn, đảm bảo khí hoàn toàn sạch và an toàn khi vào phòng.

Bước 4: Tuần hoàn khí (Khí hồi lưu và thải khí)

Khí hồi lưu: Khoảng 90% không khí trong phòng được hồi trở lại AHU, tái sử dụng để tiết kiệm năng lượng.
Khí thải: 10% không khí còn lại được xả ra môi trường bên ngoài. Đối với các phòng sản xuất dược phẩm hoặc hóa chất độc hại, khí thải sẽ được xử lý thêm trước khi xả để tránh ô nhiễm.

Tỷ lệ khí tươi và khí hồi:

Phòng sạch GMP: 80-90% khí hồi lưu, 10-20% khí tươi.
Phòng sản xuất vacxin và vi sinh: 100% khí tươi để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh và an toàn tối đa.

4. Hệ thống HVAC phổ biến

4.1 Hệ thống điều hòa không khí phổ biến

HVAC có nhiều loại khác nhau, phù hợp với nhu cầu sử dụng và điều kiện không gian. Dưới đây là các hệ thống điều hòa không khí phổ biến nhất.

Hệ thống HVAC trung tâm (Central HVAC Systems)

Đây là hệ thống phổ biến trong các công trình lớn như tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại và khách sạn. Không khí được điều chỉnh nhiệt độ tại một điểm trung tâm và sau đó được phân phối đến các phòng thông qua hệ thống ống dẫn và cửa gió.

Hệ thống HVAC cục bộ (VRV/VRF)

Hệ thống VRV (Variable Refrigerant Volume) hoặc VRF (Variable Refrigerant Flow) kết nối nhiều dàn lạnh với một dàn nóng trung tâm, cho phép kiểm soát lưu lượng môi chất lạnh theo từng khu vực. Hệ thống này có khả năng cung cấp sưởi ấm và làm mát cho nhiều không gian khác nhau cùng một thời điểm, thường được lắp đặt trong các tòa nhà lớn, trung tâm thương mại, khách sạn hoặc không gian rộng lớn.

Hệ thống HVAC không ống dẫn (Ductless Systems)

Hệ thống này hoạt động mà không cần ống dẫn khí, sử dụng các thiết bị độc lập như điều hòa treo tường hoặc âm trần để làm lạnh và sưởi ấm từng khu vực riêng biệt.

Hệ thống HVAC phân chia (Split System)

Hệ thống này phân luồng không khí thành nhiều nhánh khác nhau để làm mát hoặc sưởi ấm theo từng khu vực cụ thể. Không khí được điều chỉnh nhiệt độ ở các bộ phận trung tâm, sau đó dẫn đến từng phòng qua hệ thống đường ống riêng biệt.

4.2 So sánh 4 hệ thống HVAC

Dưới đây là bảng so sánh ưu điểm và nhược điểm của 4 hệ thống điều hòa không khí phổ biến.

Loại hệ thống	Ưu điểm	Nhược điểm
HVAC trung tâm	Đơn giản, dễ bảo trì	Không điều chỉnh nhiệt độ từng phòng
HVAC không ống dẫn	Tiết kiệm không gian, kiểm soát nhiệt độ linh hoạt	Chi phí cao, cần thiết bị treo tường
HVAC phân chia	Điều chỉnh nhiệt độ từng khu vực, tiết kiệm năng lượng	Chi phí lắp đặt cao
HVAC cục bộ (VRV/VRF)	Tiết kiệm điện, kiểm soát chính xác	Đầu tư ban đầu cao, lắp đặt phức tạp

4.3 Lựa chọn hệ thống điều hòa không khí phù hợp

Việc lựa chọn hệ thống HVAC phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

Loại công trình: Nhà ở, văn phòng, nhà máy, khách sạn, bệnh viện…
Diện tích không gian: Quy mô khu vực cần làm mát/nóng.
Nhu cầu sử dụng: Mức độ kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí.
Ngân sách: Chi phí đầu tư ban đầu và vận hành.
Hiệu suất năng lượng: Mức độ tiết kiệm điện, tối ưu chi phí vận hành.
Khả năng bảo trì: Dễ dàng sửa chữa, thay thế linh kiện.
Môi trường xung quanh: Yếu tố khí hậu, điều kiện vận hành.

Ngoài ra, các tiêu chí quan trọng khi lựa chọn HVAC gồm:

Hệ số lọc không khí (CADR): Đây là con số thể hiện khả năng loại bỏ bụi, vi khuẩn trong không khí. Hệ số càng cao, không khí càng sạch.
Cấp độ lọc (MERV hoặc HEPA): Đảm bảo loại bỏ bụi và vi khuẩn hiệu quả.
Luồng không khí ổn định: Giúp kiểm soát áp suất trong không gian.
Tiếng ồn: Nên chọn hệ thống tuân thủ tiêu chuẩn ANSI/ASA S12.60-2010 để đảm bảo không gian làm việc yên tĩnh.

Để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và phù hợp với nhu cầu sử dụng, chủ đầu tư nên lựa chọn nhà thầu HVAC uy tín có kinh nghiệm trong thiết kế, thi công và lắp đặt hệ thống điều hòa không khí.

=> Liên hệ tư vấn thiết kế HVAC phòng sạch/nhà xưởng

5. Hệ thống HVAC trong xây dựng phòng sạch

Hệ thống HVAC trong phòng sạch được thiết kế để kiểm soát và duy trì chất lượng không khí ở mức độ nghiêm ngặt hơn so với các công trình thông thường. Hệ thống có khả năng điều chỉnh chính xác các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và lưu lượng không khí nhằm đảm bảo điều kiện hoạt động ổn định trong phòng sạch.

Các thông số này thường được giám sát và điều chỉnh bằng hệ thống điều khiển tự động BMS, giúp duy trì môi trường ổn định và hạn chế sai lệch trong quá trình vận hành.

HVAC trong phòng sạch giúp:

Lọc, phân phối lưu thông không khí.
Tùy chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và lưu lượng không khí.
Loại bỏ các hạt bụi, vi khuẩn và tạp chất
Hạn chế sự xâm nhập của các tác nhân gây ô nhiễm và nguy cơ nhiễm chéo.
Tạo ra môi trường sạch và an toàn phục vụ cho các hoạt động y tế, sản xuất và nghiên cứu khoa học.

Hệ thống HVAC có thể được ứng dụng để kiểm soát môi trường trong phòng mổ, phòng bảo quán thuốc thuốc, phòng sản xuất dược phẩm, phòng thí nghiệm, phòng sản xuất linh kiện điện tử,…

Các tiêu chuẩn thiết kế HVAC phòng sạch

ISO 14644: Đánh giá cấp độ sạch của không khí.
ASTM E2500: Tiêu chuẩn về xác minh và kiểm định hệ thống.
ASHRAE 170: Tiêu chuẩn thông gió cho cơ sở y tế.
Quy định môi trường địa phương.

Tại Việt Nam, hệ thống HVAC phòng sạch thường tham chiếu ISO 14644 và FED STD 209E để đánh giá cấp độ sạch.

6. Hệ thống HVAC trong xây dựng nhà xưởng

Đối với nhà xưởng, hệ thống HVAC chủ yếu được sử dụng để điều hòa không khí và thông gió trong khu vực sản xuất. So với phòng sạch, yêu cầu kỹ thuật của HVAC nhà xưởng thấp hơn, thường không cần kiểm soát nghiêm ngặt về cấp độ sạch của không khí.

Hệ thống HVAC trong nhà xưởng chủ yếu đảm nhiệm các chức năng như:

Điều hòa nhiệt độ trong khu vực sản xuất
Cung cấp và lưu thông không khí trong nhà xưởng
Giảm nhiệt, bụi và khí nóng phát sinh trong quá trình sản xuất
Tạo môi trường làm việc thoải mái cho người lao động

Trên đây là những thông tin tổng quan về hệ thống HVAC công nghiệp. Việc nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động không chỉ giúp doanh nghiệp lựa chọn hệ thống phù hợp mà còn đảm bảo vận hành hiệu quả, tối ưu chi phí. Nếu bạn cần tư vấn thiết kế, lắp đặt hoặc nâng cấp hệ thống điều hòa không khí, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi để được hỗ trợ chi tiết.