Hệ thống HVAC là gì? Các thành phần chính của hệ thống HVAC

Ngày nay hệ thống HVAC đóng vai trò quan trọng, là yếu tố không thể thiếu trong việc tạo ra môi trường trong nhà thoải mái và lành mạnh. Từ những ngôi nhà riêng lẻ đến các tòa nhà thương mại, khu công nghiệp, bệnh viện, trường học, và thậm chí cả các phương tiện giao thông. Tầm quan trọng của chúng không chỉ giới hạn ở việc điều chỉnh nhiệt độ mà còn bao gồm việc đảm bảo chất lượng không khí bên trong, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và năng suất của con người. Bài viết này nhằm mục đích cung cấp một cái nhìn toàn diện về hệ thống HVAC, HVAC System là gì?

HVAC là gì?

HVAC là một hạng mục trong hệ thống cơ điện M&E (Mechanical and Electrical), viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Heating (Sưởi ấm), Ventilation (Thông gió), và Air Conditioning (Điều hòa không khí). Đây là thuật ngữ bao hàm việc sử dụng các thiết bị khác nhau nhằm mục đích kiểm soát các yếu tố môi trường bên trong một không gian kín, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng của không khí ở mức chấp nhận được. 

Có nhiều loại hệ thống HVAC khác nhau. Chúng có thể bao gồm các thành phần riêng lẻ như máy điều hòa không khí, máy bơm nhiệt, bộ xử lý không khí, lò sưởi, máy lọc không khí, máy tạo độ ẩm và máy hút ẩm.

Lịch sử ra đời của hệ thống HVAC

Hệ thống HVAC có một lịch sử phát triển lâu dài và thú vị, gắn liền với nhu cầu cải thiện môi trường sống và làm việc của con người, nó thật sự phát triển mạnh mẽ vào thế kỷ 20 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 , Alice Parker. Những cột mốc quan trọng của ngành HVAC:

• Hệ thống điều hòa không khí đầu tiên, được Alfred Wolff thiết kế vào năm 1902 cho Sở giao dịch chứng khoán New York
• Vào ngày 17 tháng 7 năm 1902 máy điều hòa không khí đầu tiên, được thiết kế và chế tạo bởi Willis Carrier, bắt đầu vận hành lần đầu tiên
• Đến năm 1914, Charles Gates, một triệu phú ở thành phố Minneapolis, là người sử dụng điều hòa nhiệt độ tại nhà riêng đầu tiên
• Năm 1945, Robert Sherman ở thành phố Lynn, bang Massachusetts đã phát minh ra máy điều hòa không khí di động gắn cửa sổ dùng để làm mát, sưởi ấm, làm ẩm, hút ẩm và lọc không khí

Từ những năm 1950 đến nay ngành công nghiệp HVAC đã không ngừng phát triển với các phương pháp ngày càng hiện đại hóa, hiệu quả cao hơn và hệ thống điều khiển thông minh hơn được giới thiệu liên tục bởi các công ty và nhà phát minh trên toàn thế giới.

Các thành phần cấu tạo hệ thống HVAC

Một hệ thống HVAC hoàn chỉnh thông thường bao gồm 3 thành phần chính là hệ thống sưởi ấm (Heating), Hệ thống thông gió (Ventilation), và Hệ thống điều hòa không khí (Air Conditioning), trong mỗi thành phần lại có các thiết bị khác nhau chúng hoạt động đồng bộ để mang lại sự thoải mái tối ưu cho không gian. Dưới đây là những thành phần phổ biến nhất và chức năng của từng bộ phận:

• Hệ thống sưởi ấm (Heating)

Hệ thống sưởi ấm có nhiệm vụ chính là tạo ra nhiệt năng và phân phối nhiệt đến các không gian cần thiết, nhằm mục đích nâng cao và duy trì nhiệt độ mong muốn, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết lạnh mùa đông, nó gồm có công nghệ, thiết bị chính như sau:

• • Hệ thống khí cưỡng bức: Không khí được hút vào, làm nóng tại lò sưởi (furnace) hoặc qua cuộn dây điện trở của FCU/AHU, sau đó được quạt thổi qua hệ thống ống gió (ductwork) và phân phối đến các phòng qua các cửa gió. Ưu điểm của hệ thống này là có thể tích hợp chung hệ thống ống gió với điều hòa không khí và thường có bộ lọc để làm sạch không khí lưu thông.
  • Hệ thống thủy lực: Sử dụng nước nóng hoặc hơi nước làm môi chất truyền nhiệt. Nước được đun nóng tại lò hơi hoặc máy nước nóng trung tâm heat pump, sau đó được bơm tuần hoàn qua hệ thống đường ống đến các thiết bị đầu cuối như bộ tản nhiệt treo tường hoặc hệ thống sưởi sàn. Hệ thống sưởi sàn đang ngày càng được quan tâm nhờ khả năng phân phối nhiệt đều, tạo cảm giác dễ chịu từ chân lên và tính thẩm mỹ cao do được lắp đặt ẩn dưới sàn.
  • Các thiết bị sưởi cục bộ: Tại Việt Nam, đặc biệt là miền Bắc, do nhu cầu sưởi ấm không thường xuyên như làm mát, các thiết bị sưởi cục bộ rất phổ biến, bao gồm: máy sưởi dầu, máy sưởi gốm (ceramic), quạt sưởi halogen, đèn sưởi hồng ngoại (thường dùng trong nhà tắm). Điều hòa không khí 2 chiều cũng là lựa chọn rất phổ biến.

• Hệ thống thông gió (Ventilation)

Hệ thống thông gió (Ventilation) là một phần quan trọng của HVAC, đảm nhiệm việc trao đổi và lưu thông không khí nhằm duy trì một môi trường trong nhà trong lành và an toàn, các phương pháp thông gió:

• • Thông gió tự nhiên: Là phương pháp tận dụng các lực tự nhiên như sự chênh lệch áp suất và chênh lệch nhiệt độ để tạo ra luồng không khí lưu thông qua các ô cửa hoặc các khe hở trong kết cấu tòa nhà. Ưu điểm chính là không tốn năng lượng vận hành quạt. Tuy nhiên, nhược điểm là hiệu quả phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, khó kiểm soát được lưu lượng và chất lượng không khí đi vào, có thể mang theo bụi, ô nhiễm, tiếng ồn từ bên ngoài. Do đó, thông gió tự nhiên thường không phù hợp hoặc cần được bổ sung bằng thông gió cơ khí trong các môi trường đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ.
  • Thông gió cưỡng bức: Sử dụng các thiết bị là quạt, kết hợp với hệ thống ống gió, bộ lọc bụi, van điều chỉnh gió và hệ thống điều khiển để chủ động hút không khí tươi từ bên ngoài vào và đẩy không khí ô nhiễm từ trong ra ngoài. Ưu điểm lớn nhất là khả năng kiểm soát chính xác lưu lượng, hướng di chuyển và chất lượng không khí một cách ổn định, không phụ thuộc vào thời tiết. Thông gió cơ khí thường bao gồm:

– Hệ thống cấp gió tươi (Supply Ventilation): Quạt đẩy không khí tươi vào nhà.

– Hệ thống hút gió thải (Exhaust Ventilation): Quạt hút không khí ô nhiễm ra ngoài.

– Hệ thống cấp gió tươi thu hồi nhiệt: Kết hợp cả cấp gió tươi và hút gió thải với lưu lượng tương đương, thường đi kèm bộ thu hồi nhiệt (HRV/ERV) để tiết kiệm năng lượng.

• Hệ thống điều hòa không khí (Air Conditioning – AC)

Điều hòa không khí (AC) là thành phần chính của hệ thống HVAC có nhiệm vụ trong việc làm mát và kiểm soát độ ẩm của không khí bên trong không gian, hệ thống điều hòa có 2 loại chính:

• Điều hòa cục bộ: Là dạng máy điều hòa cấu tạo gồm 2 bộ phận, chúng chỉ có 1 dàn nóng kết hợp với 1 dàn lạnh
• Hệ thống trung tâm: Bao gồm điều hòa trung tâm VRV,VRF, và điều hòa Chiller Dùng cho các không gian lớn, văn phòng tòa nhà, nhà máy.

Hệ thống điều hòa không khí bao gồm các thành phần chính: 

• Dàn lạnh: Hấp thụ nhiệt từ không khí trong nhà, làm mát không khí trước khi nó được lưu thông trở lại không gian
• Dàn nóng: Giải phóng nhiệt đã được hấp thụ từ không khí trong nhà ra môi trường bên ngoài, cho phép hệ thống làm mát.
• Thiết bị xử lý không khí: Là FCU, AHU và PAU được dùng trong hệ thống điều hòa Chiller
• Hệ thống ống dẫn gió hay còn gọi ống gió: Phân phối không khí đã được điều hòa khắp tòa nhà, thường được làm bằng kim loại,  bông thủy tinh, hoặc ống gió vải
• Bộ điều nhiệt (Thermostat): Đây là bộ phận điều khiển hệ thống, cảm nhận nhiệt độ và cho phép người dùng cài đặt mức nhiệt độ mong muốn. Bộ điều nhiệt hoạt động như một giao diện điều khiển trung tâm, cho phép người dùng tương tác và tự động điều chỉnh nhiệt độ trong nhà. Các bộ điều nhiệt hiện đại có thể được lập trình hoặc kết nối Wi-Fi để điều khiển từ xa.

• Cửa gió: Là điểm cung cấp gió, hoặc hút gió đã được xử lý nhiệt ẩm

Ngoài những vật tư thiết bị kể trên, hệ thống còn nhiều thiết bị phụ kiện khác, chúng tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh, hoạt động liên động với nhau.

Vì sao hệ thống HVAC lại quan trọng?

Hệ thống HVAC không chỉ đơn thuần là một tiện ích mà đã trở thành một phần thiết yếu trong các công trình xây dựng hiện đại, từ nhà ở đến các cơ sở thương mại và công nghiệp. Mang đến bầu không khí trong lành và an toàn nhất cho con người, dù trong bất kỳ điều kiện môi trường nào.

Đảm bảo sự thoải mái về nhiệt độ

Khả năng duy trì một nhiệt độ ổn định và dễ chịu bên trong nhà, bất kể điều kiện thời tiết khắc nghiệt bên ngoài (quá nóng hoặc quá lạnh), là yếu tố cơ bản tạo nên một môi trường sống và làm việc thoải mái. Cố Thủ tướng Lý Quang Diệu của Singapore từng nói: “Điều hòa là phát minh quan trọng nhất với chúng tôi. Nó đã thay đổi bản chất của nền văn minh và khiến các vùng nhiệt đới cũng phát triển được”.

Cải thiện chất lượng không khí trong nhà (IAQ)

Tốc độ đô thị hóa đang diễn ra rất nhanh chóng tạo ra nhiều khói bụi, vì vậy ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng và chúng ta dành phần lớn thời gian ở trong các không gian kín, chất lượng không khí trong nhà (IAQ) đã trở thành một vấn đề sức khỏe cộng đồng đáng quan tâm. Hệ thống HVAC đóng vai trò then chốt trong việc duy trì IAQ ở mức chấp nhận được thông qua hai chức năng chính:

• Thông gió: Cung cấp dòng không khí tươi từ bên ngoài và loại bỏ không khí tù đọng, ô nhiễm bên trong.
• Lọc không khí: Việc sử dụng các thiết bị máy cấp khí tươi có lọc bụi loại bỏ các hạt bụi, phấn hoa, lông thú cưng, bào tử nấm mốc, vi khuẩn và các chất gây dị ứng khác ra khỏi không khí lưu thông.

Một hệ thống HVAC hoạt động tốt sẽ giúp tạo ra một môi trường trong nhà trong lành hơn, giúp giảm đáng kể nguy cơ mắc các bệnh về đường hô hấp, dị ứng và hen suyễn. Khả năng kiểm soát sự lưu thông không khí và lọc vi khuẩn, virus cũng góp phần hạn chế sự lây lan của các bệnh truyền nhiễm.

Các tiêu chuẩn trong hệ thống HVAC

Thi công, thiết kế HVAC là một trong những lĩnh vực quan trọng trong hệ thống cơ điện M&E, vì vậy sự ra đời các tiêu chuẩn thi công hệ thống HVAC đóng vai trò kim chỉ nam trong ngành HVAC, đảm bảo các hệ thống được thiết kế, lắp đặt và vận hành một cách an toàn, hiệu quả và đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Dưới đây là tổng quan về một số tiêu chuẩn quan trọng nhất từ Quốc tế và Việt Nam:

Xem thêm tài liệu tiêu chuẩn thiết kế HVAC: https://siscom.vn/7-tieu-chuan-thiet-ke-hvac-quan-trong-nhat/

Tổng kết:

Qua bài viết trên chúng ta hiểu rõ hơn về hệ thống HVAC là gì? các thành phần cấu tạo nên nó, có thể thấy hệ thống HVAC (Heating, Ventilating, and Air Conditioning) là một lĩnh vực kỹ thuật phức tạp nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc tạo nên môi trường sống và làm việc hiện đại. Nó không chỉ đơn thuần là chiếc máy điều hòa làm mát hay máy sưởi ấm mà là một hệ thống tích hợp, hoạt động dựa trên các nguyên tắc khoa học chặt chẽ để kiểm soát đồng thời nhiệt độ, độ ẩm và đặc biệt là chất lượng không khí trong nhà (IAQ).