HVAC là gì? Nguyên lý, cấu tạo và ứng dụng trong thực tế

Share on facebook
Share on google
Share on linkedin
Share on pinterest
HVAC là gì? Nguyên lý, cấu tạo và ứng dụng trong thực tế

Có khá nhiều định nghĩa về hệ thống HVAC được đưa ra, HVAC là gì? Hệ thống HVAC là gì? HVAC system là gì?, nhưng chưa đủ để làm rõ và chi tiết khiến cho người đọc mơ hồ và chưa hiểu sâu.

Qua bài viết dưới đây, Tôn Nam Kim sẽ trình bày những kiến thức về hệ thống điều khiển HVAC và nguyên lý hoạt động của hệ thống HVAC.

P.s. Tài liệu về hệ thống HVAC ở phần gần cuối bài viết.

HVAC là gì? ACMV là gì?

HVAC là gì, ACMV là gì

HVAC là viết tắt cho Heating, Ventilation and Air Conditioning (sưởi, thông gió và điều hòa không khí). Hệ thống HVAC là tất cả mọi thứ từ máy điều hòa không khí ở nhà của bạn đến các hệ thống lớn được sử dụng trong các khu liên hợp công nghiệp và khu chung cư. Một hệ thống HVAC được tạo ra với mục đích cung cấp khả năng kiểm soát nhiệt và sự lưu thông trong nhà, được thiết kế dựa trên các nguyên tắc nhiệt động lực học, cơ học chất lỏng và truyền nhiệt.

ACMV là viết tắt cho Air Conditioning – Mechanical Ventilation. ACMV chỉ là các hệ thống điều hòa không khí và thông gió nhưng thường không có sưởi như chúng ta thường thấy. ACMV chỉ là một hệ thống con của HVAC.

Trong thực tế thì ACMV chủ yếu nhắm vào các hệ thống phục vụ cho con người. Hệ thống AC trong chữ ACMV chỉ bao gồm các comfort system chứ không phải là phòng lạnh hay buồng sấy. Còn HVAC chủ yếu chỉ dành cho các hệ thống công nghiệp phục vụ tạo ra sản phẩm chứ không trực tiếp phục vụ con người.

Nói như vậy không có nghĩa ACMV chỉ xuất hiện trong các tòa nhà thông thường, các công trình dân dụng mà ngay cả trong các công trình công nghiệp cũng có hệ thống này. Các nhà máy vẫn có các khối nhà văn phòng hay khu vực sản xuất mà vẫn cần có công nhân, kỹ sư làm việc. Ngược lại, HVAC vẫn xuất hiện trong trong các công trình dân dụng vì vẫn có những hệ thống không phục vụ con người (kho lạnh trong siêu thị, thông gió cho phòng máy…)

Hệ thống HVAC bao gồm những phần nào?

Hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí đều liên quan đến nhau. Hệ thống HVAC có thể tăng thông gió, giảm sự xâm nhập không khí không mong muốn và thậm chí duy trì áp lực tương đối giữa các không gian trong một tòa nhà/công trình.

1/ Hệ thống sưởi

Hệ thống HVAC trên mái nhà

Hệ thống sưởi ấm tạo ra và phân phối nhiệt cho toàn bộ khu vực được bao phủ bởi HVAC, việc sinh nhiệt được thực hiện bởi hệ thống máy sưởi trung tâm. Nhiệt được truyền qua dẫn nhiệt – đối lưu – bức xạ nhiệt.

Các thiết bị cấu tạo nên một hệ thống sưởi hoàn chỉnh bao gồm:

  • Thiết bị dùng để đun nóng nước, hơi nước, không khí ở vị trí trung tâm
  • Lò hơi, bơm nhiệt
  • Nhiệt được truyền đi bằng cách đối lưu, dẫn truyền bằng bức xạ. Lò sưởi được hoạt động thông qua các nguồn nhiên liệu khác nhau như: nhiên liêu rắn (than, củi..), nhiên liệu chất lỏng ( xăng, dầu..), khí (gas…), nhiên liệu điện. Lò sưởi bằng điện thường được sử dụng làm nhiệt dự phòng hoặc hệ thống bơm nhiệt.

Hệ thống phân phối

Bất kể loại 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:

  1. 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. 
  2. 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.

Rủi ro

Bất cứ nơi nào có nhiên liệu bị đốt cháy, luôn luôn có nguy cơ cháy không hoàn toàn có thể dẫn đến sự hình thành hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), formaldehyde, carbon monoxide và các chất nguy hiểm khác. 

Thậm chí những mối nguy hiểm mà chúng gây ra ở mức nồng độ thấp cũng được ghi nhận đầy đủ, do đó phải cung cấp thông hơi đầy đủ.

Có thể bạn muốn đọc thêm:

2/ Hệ thống thông gió

Hệ thống HVAC trên mái nhà

Hệ thống thông gió là quá trình thay thế không khí trong không gian kín với không khí từ bên ngoài công trình, cũng như không khí lưu thông trong không gian. Nó cải thiện chất lượng không khí trong nhà, loại bỏ mùi hôi và cũng có thể được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm. Ngoài ra, nó còn giúp giảm:

  • Chất ô nhiễm
  • Bụi
  • Khói, mùi thuốc lá
  • Vi sinh vật, phấn hoa
  • Carbon dioxide hoặc monoxit và các loại tương tự

Ngoài ra còn nó còn giúp thoát mùi các chất khí thải.

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

Thông gió nhân tạo

Hay còn được gọi là thông gió cơ học, thông gió cưỡng bức. Nhà bếp và phòng tắm thường có ống xả cơ khí loại bỏ mùi hôi và đôi khi hơi ẩm dư thừa từ không khí. (Bạn sẽ thường bắt gặp chúng trong bếp nhà hàng hoặc phòng tắm khách sạn)

Một số yếu tố cần được xem xét để xác định kích thước và tốc độ của quạt hút là 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, điều này phụ thuộc vào việc bố trí kiến trúc trong công trình như thế nào cho tối ưu nhất về thông gió.

Trong bất kỳ hệ thống thông gió tự nhiên nào, tốc độ thay đổi không khí cần được theo dõi và hệ thống thông gió nhân tạo có thể được sử dụng để bổ sung cho hệ thống thông gió nếu cần thiết. 

3/ Điều hòa nhiệt độ

Hệ thống HVAC trên mái nhà

Hệ thống điều hòa không khí được sử dụng để giảm nhiệt độ và kiểm soát độ ẩm của không khí lưu thông. Hầu hết không khí được tuần hoàn, nhưng không khí trong lành từ bên ngoài cũng được hút vào, tạo ra áp lực dương trong không gian. 

Tất cả các không khí được di chuyển được truyền qua một bộ trao đổi nhiệt, được làm mát bằng máy móc, và sau đó lưu thông đến các khu vực cần thiết.

Không khí được làm mát bằng cách loại bỏ nhiệt thông qua dẫn nhiệt – đối lưu – bức xạ nhiệt. Môi trường được sử dụng để thực hiện nhiệt được gọi là chất làm lạnh, được lưu thông qua một hệ thống làm lạnh hoặc một hệ thống làm mát miễn phí.

Hệ thống HVAC hoạt động như thế nào?

1/ Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống HVAC

Dưới đây là mô hình cơ bản của một HVAC:

Sơ đồ hệ thống HVAC đơn giản
  • Thiết bị tự động hóa tòa nhà (thường là máy tính hoặc các thiết bị gắn tường, bảng điều khiển, remote) có thể được sử dụng để xác định xem nên sưởi ấm hoặc làm mát không gian và nhiệt độ bao nhiêu
  • Hệ thống sau đó làm nóng hoặc làm mát các cuộn dây bên trong
  • Khi không khí từ bên ngoài vào được đẩy qua các cuộn dây này, nó sẽ được làm nóng hoặc làm lạnh trước khi được đẩy vào không gian sống
  • Đồng thời, không khí sẽ được dịch chuyển từ phòng trở lại hệ thống.
  • Nhiệt sinh ra từ “bộ máy làm lạnh” lại tiếp tục được đưa qua “tháp làm lạnh” (cooling tower) trước khi được đưa trở lại môi trường để hạn chế nhiệt thải ra môi trường xung quanh là quá nóng.

3/ Các vấn đề có thể xảy ra với hệ thống

  • Van chỉnh gió: Có thể bị kẹt
  • Máy tạo ẩm: nước/chất lượng hơi/thoát nước kém.
  • Ga bị yếu: không loại được nước ngưng tụ, thoát nước kém
  • Màng lọc: màng lọc có thể bị thủng khiến không loại được tiểu phân hoặc khi màng lọc dùng quá lâu lượng bụi quá nhiều gây bít lỗ lọc, lúc này phải có biện pháp vệ sinh hoặc thay thế màng lọc.
  • Ống gió: rò gỉ khí.

2 loại hệ thống HVAC

Với phần lớn trường hợp, sưởi ấm và làm mát sẽ là những chức năng được sử dụng nhiều nhất, tốn nhiều năng lượng nhất. Bởi vậy, điều quan trọng là chọn một hệ thống HVAC đáp ứng nhu cầu của bạn, mà không gây tốn nhiều điện năng và làm tăng chi phí sinh hoạt của bạn.

Hệ thống HVAC cũng có thể được dùng để kiểm soát độ ẩm, đồng thời có thể thêm cả máy tạo ẩm và máy hút ẩm làm tùy chọn cho hệ thống sưởi và làm mát (bạn cứ nhìn các tùy chọn trên máy điều hòa nhiệt độ ngày nay).

Đối với những người sống trong môi trường rất khô hoặc vùng nhiệt đới, những bổ sung này cho hệ thống là rất cần thiết. Một số người thích lắp đặt hệ thống máy tạo ẩm hoặc máy hút ẩm riêng, để họ có thể quản lý độ ẩm của môi trường mà không cần phải bật điều hòa.

1/ Hệ thống làm ấm, sưởi (Heating systems)

Hệ thống sưởi có thể có một vài dạng khác nhau. 

Có loại là lò đốt vật liệu để cung cấp không khí được làm nóng qua hệ thống ống dẫn. Có loại là lò hơi làm nóng nước cho bộ tản nhiệt hơi nước hoặc hệ thống nước làm mát cưỡng bức với bộ tản nhiệt ở chân đế, nhiệt điện và máy bơm nhiệt. 

Hệ thống sưởi

Một lò đun sẽ hoạt động bằng khí đốt tự nhiên hoặc khí propan, trong khi một lò hơi sẽ sử dụng khí đốt hoặc dầu để làm nóng nước.

Một lựa chọn khác là sàn bức xạ (radiant floor), còn được gọi là hệ thống sưởi hydronic (hydronic heating). Chúng sử dụng đường ống dưới sàn và được tạo thành từ các ống mềm dẻo chứa đầy nước hoặc dung dịch glycol.

hệ thống sàn bức xạ

Những thứ này có thể làm nóng bất kỳ loại sàn nào, kể cả bê tông và là một phương pháp hiệu quả để cung cấp hơi ấm trong nhà. Chúng thậm chí có thể được trang bị thêm vào sàn gỗ, mặc dù chúng cần được lắp đặt cẩn thận trong vỏ bọc cho sàn gỗ.

2/ Hệ thống làm mát (Cooling systems)

Máy điều hòa không khí có nhiều dạng, từ loại gắn lên tường hoặc trần cố định đến loại di động có thể kéo đến bất cứ vị trí nào trong nhà cần làm mát.

Đối với khí hậu khô, máy làm mát bằng hơi nước là một lựa chọn phổ biến. Chúng hút không khí bên ngoài vào hệ thống, đi qua các tấm đệm thấm nước, làm mát và làm ẩm không khí trước khi đẩy nó vào không gian sống của chúng ta.

Máy điều hòa

Tài liệu về hệ thống hvac

Click vào đường link bên dưới để tải về nhé:

  1. Tài liệu về hệ thống HVAC trong hướng dẫn GMP WHO cập nhật.
  2. Tài liệu về hệ thống HVAC theo tiêu chuẩn Việt Nam

Sự khác biệt giữa HVAC và điều hòa không khí là gì?

Đây là một câu hỏi được rất nhiều người thắc mắc.

Nhưng nếu đọc đến đây chắc bạn sẽ hiểu được rằng điều hòa không khí chỉ là một phần hệ thống của cả một hệ thống HVAC.

Bình thường chúng ta hay sử dụng từ “điều hòa không khí” hay gần gũi hơn là “máy lạnh” cho những thiết bị HVAC trong nhà hoặc các tòa nhà văn phòng là bởi đất nước chúng ta có khí hậu nhiệt đới nên đa phần chúng ta không dùng chức năng nào khác ngoài làm lạnh.

Tuy vậy bạn nên hiểu điều hòa không khí chỉ là một phần của HVAC thôi nhé.

Tổng kết

Bây giờ bạn đã hiểu chính xác hệ thống HVAC bao gồm những gì, có thể bạn đang tự hỏi một hệ thống mới sẽ tồn tại trong bao lâu. Điều này thực sự phụ thuộc vào quy trình sản xuất, tiêu chuẩn sản xuất, nguyên vật liệu…mà mỗi thương hiệu điện máy sử dụng.

Thép và tôn chất lượng cao cũng là những nguyên vật liệu chính tạo ra những hệ thống HVAC có độ bền lâu dài. Tôn Nam Kim là đơn vị hàng đầu tại Việt Nam cung cấp những nguyên vật liệu này, xuất khẩu đến 50 quốc gia trên thế giới.

Cũng giống như việc bảo trì xe, nếu bạn tuân thủ chế độ bảo dưỡng hàng năm được khuyến nghị, thiết bị của bạn sẽ tồn tại trong rất nhiều năm tới.

Hy vọng bài viết này trả lời được những thắc mắc của bạn về HVAC. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào đừng quên để lại bình luận bên dưới cho chúng tôi.

Xin được đồng hành cùng bạn!