HVAC là gì? Bóc tách hệ thống sưởi ấm và làm mát công trình có gì?

HVAC là một thuật ngữ phổ biến xuất hiện tại nhiều tài liệu kỹ thuật đòi hỏi người đọc cần có hiểu biết nhất định để có thể tỏ tường nội dung đang tiếp cận. Vậy HVAC là gì? Định nghĩa, chức năng, cấu tạo và phân loại sẽ được Kiến thức công nghiệp bóc tách dễ hiểu qua bài viết sau.

1. Khái niệm hệ thống HVAC là gì?

Hệ thống HVAC là gì?

HVAC là từ viết tắt của ba chữ cái đầu của Heating (Sưởi ấm), Ventilation (thông gió) và Air Conditioning (Điều hòa không khí). Đây là thuật ngữ để chỉ toàn bộ hệ thống sưởi ấm và làm mát trong một công trình. Hệ thống HVAC rất cần thiết cho công trình cần kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và duy trì chất lượng không khí ở mức tối ưu.

Dấu hiệu nhận biết hệ thống HVAC trực quan thực tế:

1. Hệ thống đường ống dẫn khổng lồ: Các đường ống tôn mạ kẽm dạng hình vuông, hình tròn hoặc Oval chạy dọc trần nhà, xuyên qua các vách tường để dẫn gió.
2. Thiết bị AHU: Các tủ máy xử lý không khí trung tâm cỡ lớn chuyên dụng được đặt tại các phòng kỹ thuật hoặc trên tầng mái.

2. Chức năng của hệ thống HVAC là gì?

Sơ đồ hệ thống HVAC là gì?

Hệ thống HVAC có chức năng kiểm soát môi trường vi khí hậu, hay thay đổi thông số của luồng không khí ngoài trời thành các điều kiện lý tưởng bên trong tòa nhà nhằm đảm bảo sức khỏe và sự thoải mái tối đa cho con người. Hệ thống liên tục thực hiện 4 chức năng song song là: Kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm, làm sạch không khí và điều phối dòng khí mang lại cảm giác dễ chịu.

Trong đời sống và sản xuất,  hệ thống HVAC được biết đến ở các công trình tòa nhà cao tầng, nhà xưởng, văn phòng, bệnh viện, trường học, khách sạn và các cơ sở sinh hoạt cao cấp. Nó còn được tích hợp vào trong ô tô, máy bay, tàu thủy, tàu hòa, và tàu ngầm.

Trong ứng dụng khắt khe nhất, hệ thống HVAC xuất hiện trong hệ thống công nghiệp kỹ thuật cao và phòng sạch. 

Hệ thống HVAC phòng sạch đòi hỏi số lần trao đổi không khí từ 15 đến 250 lần/giờ trong khi môi trường dân dụng là 2-4 lần/giờ. Đây là yếu tố bắt buộc để đảm bảo hoạt động sản xuất dược phẩm, linh kiện điện tử hay hoạt động phòng thí nghiệm.

3. Các thành phần cấu tạo nên một hệ thống HVAC hoàn chỉnh

Thành phần của hệ thống HVAC là gì? Một hệ thống sưởi ấm và làm mát bao gồm hệ thống sưởi ấm (nguồn tạo và phân phối nhiệt), hệ thống thông gió (trao đổi và làm sạch khí), hệ thống điều hòa không khí (làm lạnh và kiểm soát ẩm), và hệ thống điều khiển (vận hành và điều khiển).

3.1 Hệ thống sưởi ấm

Hệ thống này có các thiết bị chính là lò sưởi trung tâm, lò hơi, bơm nhiệt, hoặc hệ thống sưởi sàn bức xạ. Nhiên liệu vận hành là than, củi, xăng, dầu, khí gas hoặc điện.

Hệ thống sinh nhiệt và truyền tải qua ba cơ chế vật lý là dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ nhiệt.

3.2 Hệ thống thông gió

Hệ thống chịu trách nhiệm thay thế lượng khí tù đọng, ô nhiễm, mùi hôi trong không gian kín bằng lượng khí tươi giàu oxy từ bên ngoài. Thông giớ tự nhiên tận dụng sự chênh lệch áp suất tự nhiên bằng cách bố trí kiến trúc cửa sổ và ô chợp tối ưu. Thông gió cơ học, sử dụng quạt hút, quạt trần, quạt treo tường và hệ thống ống dẫn gió để cưỡng bức dòng khí lưu thông. 

Ở các môi trường nhạy cảm, luồng khí bắt buộc phải đi qua các bộ lọc thô và màng lọc siêu mịn HEPA (High-Efficiency Particulate Air) để giữ lại các hạt bụi siêu vi.

3.3 Hệ thống điều hòa không khí 

Để làm giảm nhiệt độ sâu, hệ thống phải triệt tiêu nhiệt lượng trong phòng và đẩy ra ngoài môi trường thông qua chu trình biến đổi pha của môi chất lạnh (chất làm lạnh). Thiết bị chính bao gồm máy nén khí, giàn lạnh bay hơi, tháp giải nhiệt, và hệ thống máy làm lạnh nước Chiller. Thiết bị hỗ trợ ẩm gồm máy hóa ẩm (bổ sung hơi nước khi không khí quá khô và mùa đông) và máy hút ẩm trung tâm (kiểm soát độ ẩm vào những ngày nồm ẩm).

3.4 Hệ thống điều khiển

Hệ thống này bao gồm các thiết bị cảm biến nhiệt độ/độ ẩm kết hợp cùng bộ điều nhiệt. Bộ điều khiển tiếp nhận tín hiệu cài đặt từ người dùng, từ đó tự động đóng, mở hoặc điều chỉnh dòng lưu lượng của dòng khí, nước, hơi nước, chất làm lạnh và dòng điện chạy qua hệ thống.

4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống HVAC là gì?

Nguyên lý hoạt động của hệ thống HVAC là gì?

Hệ thống HVAC được vận hành dựa trên một chu trình động học khép kín và nghiêm ngặt:

Bước 1: Thu nhận không khí: Khí tươi từ môi trường bên ngoài được hút vào hệ thống qua cụm khí đầu vào và được điều phối lưu lượng bằng van chỉnh gió.

Bước 2: Xử lý sơ bộ tại AHU: Luồng khí tươi đi vào thiết bị xử lý không khí trung tâm AHU để lọc sơ bộ hạt bụi lớn, kiểm soát độ ẩm và áp suất ban đầu.

Bước 3: Hiệu chỉnh nhiệt độ: Luồng khí qua AHU được điều chỉnh nhiệt độ bằng thiết bị sưởi để nâng nhiệt độ lên khoảng 22 độ C hoặc đi qua các cuộn dây chứa nước lạnh (môi chất lạnh) để giảm nhiệt độ vào mùa hè.

Bước 4: Lọc tinh bằng HEPA: Trước khi được thổi vào các không gian sử dụng (như phòng sạch), luồng khí phải đi qua màng lọc HEPA hiệu suất cao nhằm loại bỏ bụi siêu mịn và vi sinh vật.

Bước 5: Lưu thông tuần hoàn theo chu trình:

• Khí  cấp vào phòng sạch và đạt chuẩn nhiệt ẩm
• Khí hồi được hút lại AHU để lọc sạch và xử lý nhiệt lần nữa
• Khí thải ra bên ngoài.

5. Các thiết bị cốt lõi của hệ thống HVAC là gì?

Hệ thống HVAC là một tổ hợp cơ điện, trong đó mỗi thiết bị đảm nhận một vai trò riêng như sau:

• AHU: Lá phổi của hệ thống. AHU là một tủ máy lớn để nhận khí tươi và trộn với khí hồi lưu, tiến hành lọc bụi, điều chỉnh áp suất, độ ẩm, nhiệt độ trước khi phân phối đi.
• Chiller (máy làm lạnh nước) và tháp giải nhiệt (cooling tower): nguồn làm mát trung tâm cho các tòa nhà lớn. Chiller sản sinh ra nước lạnh, sau đó nước được hệ thống dẫn tới các cuộn dây nước lạnh nằm bên trong AHU hoặc các thiết bị đầu cuối để làm mát luồng khí thổi qua. Tháp giải nhiệt sẽ kết hợp cùng bình ngưng làm mát bằng nước để giải phóng nhiệt lượng từ chất làm lạnh ra ngoài môi trường.
• Lò hơi/lò sưởi/bơm nhiệt: Là nguồn cung cấp nhiệt sưởi ấm. Boiler đun nóng nước hoặc hơi nước rồi bơm qua các đường ống tới cuộn sưởi trong AHU. Lò sưởi tạo nhiệt bằng đốt cháy nhiên liệu để sưởi ấm dòng khí.
• Hệ thống phân phối khí, quạt và đường ống gió vận chuyển luồng khí lưu thông trong tòa nhà
• Hệ thống điều khiển điều hành toàn bộ hệ thống thông qua các cảm biến và bộ điều nhiệt thông minh (Thermostat), hệ thống nhận diện ra ra lệnh khởi động/dừng/tăng giảm lưu lượng dòng nước lạnh, hơi nước, môi chất lạnh và dòng điện để duy trì môi trường ổn định nhất.

Khi tìm hiểu HVAC là gì, có thể thấy hệ thống HVAC là một hệ thống phức tạp với mỗi thành phần đều có nhiệm vụ riêng, trong đó hệ thống AHU có vai trò quan trọng để xử lý và điều chỉnh dòng khí. Để hiểu sâu hơn về hệ thống HVAC, bạn có thể tham khảo các tài liệu chuyên ngành. TCVN 5687-2010 (Thông gió - Điều hòa không khí - Tiêu chuẩn thiết kế): Đây là bộ tiêu chuẩn pháp lý cao nhất và bắt buộc phải áp dụng đối với mọi công trình xây dựng trên lãnh thổ Việt Nam. Do tài liệu hoàn toàn bằng tiếng Việt nên cực kỳ dễ tiếp cận cho các kỹ sư mới vào nghề.

Xem thêm: Air filter là gì? Tìm hiểu chuyên sâu về tấm lọc air filter