HVAC Là Gì? Cấu Tạo, Nguyên Lý, Lợi Ích & Phân Loại Của Hệ Thống Kiểm Soát Môi Trường Trong Nhà

HVAC là viết tắt của  Heating, Ventilation, and Air Conditioning , là  hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí .   

Hệ thống này có  cấu tạo phức tạp với nhiều thành phần chính , hoạt động dựa trên  nguyên lý khoa học về trao đổi nhiệt và luân chuyển không khí .   

Công dụng chính của HVAC là  kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí , mang lại  lợi ích vượt trội về sự thoải mái và sức khỏe cho người sử dụng.  

Bài viết này sẽ giúp bạn tìm hiểu rõ hơn về HVAC  

1. HVAC là gì?  

HVAC là một thuật ngữ kỹ thuật viết tắt của  Heating, Ventilation, and Air Conditioning , có nghĩa là  Hệ thống Sưởi ấm, Thông gió và Điều hòa không khí . Đây là một hệ thống tích hợp được thiết kế để kiểm soát toàn diện các yếu tố môi trường trong một không gian kín, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, và độ tinh khiết của không khí.   

Mục tiêu cuối cùng của hệ thống HVAC là  cung cấp một môi trường sống hoặc làm việc thoải mái về nhiệt độ và duy trì chất lượng không khí trong nhà ở mức độ lành mạnh, chấp nhận được. Hệ thống HVAC được ứng dụng rộng rãi từ các công trình dân dụng như nhà ở, căn hộ, đến các tòa nhà thương mại, công nghiệp quy mô lớn như văn phòng, bệnh viện, trường học, trung tâm thương mại và nhà máy.  

FDI Care,  với hơn 10 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực cung cấp và lắp đặt giải pháp HVAC tại Việt Nam, cam kết mang đến những thông tin chính xác và hữu ích nhất về hệ thống kiểm soát môi trường quan trọng này.  

2. Cấu tạo của HVAC? Hoạt động như thế nào?  

Có 5 cấu tạo chính trong một hệ thống của HVAC hoàn chỉnh bao gồm  bộ phận sưởi ấm, bộ phận thông gió, bộ phận điều hòa không khí, bộ điều khiển và nhiều bộ phận khác cấu thành, mỗi bộ phận đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành tổng thể và đạt được mục tiêu kiểm soát môi trường.  

Để hiểu rõ hơn về cách HVAC hoạt động, chúng ta cần tìm hiểu 5 thành phần chính của hệ thống HVAC được liệt kê dưới đây:  

2.1. Bộ phận sưởi ấm   

Bộ phận sưởi ấm  chịu trách nhiệm tạo ra và phân phối nhiệt lượng vào không gian khi cần thiết , với các thiết bị phổ biến như lò sưởi hay bơm nhiệt:  

• Lò sưởi    là thiết bị phổ biến nhất, thường sử dụng khí đốt tự nhiên, dầu, hoặc điện để đốt nóng không khí. Không khí nóng sau đó được phân phối đi khắp các phòng thông qua hệ thống ống dẫn.  
• Bơm nhiệt là một thiết bị đa năng, có khả năng cả sưởi ấm và làm mát. Vào mùa đông, bơm nhiệt hấp thụ nhiệt từ không khí bên ngoài dù lạnh và truyền vào trong nhà. Vào mùa hè, nó đảo ngược chu trình để làm mát.  

2.2. Bộ phận thông gió   

Thông gió là  quá trình quan trọng để luân chuyển và làm mới không khí trong nhà , bao gồm hệ thống ống dẫn, quạt và các giải pháp thu hồi năng lượng.  

Dưới đây là chi tiết các bộ phận của hệ thống thông gió:   

• Hệ thống ống dẫn khí l à mạng lưới các ống dẫn thường làm bằng kim loại hoặc vật liệu composite dùng để phân phối không khí đã được xử lý  làm nóng, làm mát, lọc từ bộ phận xử lý không khí đến các khu vực khác nhau trong tòa nhà và hút không khí trở lại.  
• Quạt và quạt hút  có công dụng như quạt chịu trách nhiệm đẩy không khí qua ống dẫn và vào các không gian. Quạt hút được sử dụng để loại bỏ không khí cũ, ô nhiễm, mùi hôi hoặc độ ẩm dư thừa ra khỏi nhà, đặc biệt ở nhà bếp và phòng tắm.  
• Hệ thống thông gió thu hồi năng lượng và thông gió thu hồi nhiệt  là    các hệ thống này giúp cấp khí tươi vào nhà mà vẫn giữ lại phần lớn nhiệt năng hoặc năng lượng làm mát của không khí thải ra, tiết kiệm năng lượng đáng kể.  

2.3. Bộ phận điều hòa không khí   

Bộ phận điều hòa không khí  chịu trách nhiệm chính trong việc làm mát không khí và kiểm soát độ ẩm , với các thành phần cốt lõi như máy nén, dàn ngưng, van tiết lưu và dàn bay hơi.  

• Máy nén Compressor chính là  "trái tim" của hệ thống làm lạnh, nén môi chất lạnh gas để tăng áp suất và nhiệt độ.  
• Dàn ngưng sẽ thường nằm ở cục nóng bên ngoài nhà, nơi môi chất lạnh áp suất cao và nhiệt độ cao giải phóng nhiệt ra môi trường bên ngoài và ngưng tụ thành chất lỏng.   
• Van tiết lưu  giúp    giảm áp suất của môi chất lạnh lỏng, khiến nó hạ nhiệt độ đột ngột.  
• Dàn bay hơi  thường nằm ở cục lạnh bên trong nhà, nơi môi chất lạnh lỏng, lạnh bay hơi thu nhiệt từ không khí trong nhà, làm mát không khí đi qua dàn.  

2.4. Bộ điều khiển   

Bộ điều nhiệt là thiết bị điều khiển trung tâm của toàn bộ hệ thống HVAC , cho phép người dùng thiết lập và duy trì nhiệt độ mong muốn một cách hiệu quả với chức năng và đa dạng các loại điều khiển.   

• Chức năng: Nó cảm biến nhiệt độ không khí trong phòng và gửi tín hiệu đến các bộ phận sưởi ấm hoặc làm mát để duy trì nhiệt độ cài đặt.  
• Các loại: Từ các loại cơ bản điều khiển thủ công đến các loại kỹ thuật số có thể lập trình, và hiện đại nhất là thermostat thông minh có thể kết nối Wi-Fi, điều khiển từ xa qua điện thoại, học hỏi thói quen sử dụng và tích hợp với các hệ thống nhà thông minh.  

2.5. Hệ thống lọc khí   

Hệ thống lọc khí được  tích hợp để loại bỏ các hạt và chất gây ô nhiễm khỏi không khí , nhờ vào các loại bộ lọc góp phần cải thiện chất lượng không khí trong nhà.  

Các loại bộ lọc  bao gồm từ lọc bụi cơ bản MERV thấp đến lọc HEPA có khả năng giữ lại hạt siêu nhỏ như vi khuẩn, virus, phấn hoa, bào tử nấm mốc. Giúp cải thiện đáng kể chất lượng không khí trong nhà, giảm thiểu các tác nhân gây dị ứng và bệnh tật hô hấp.  

3. Nguyên lý hoạt động cơ bản?   

Hệ thống HVAC hoạt động dựa trên các  nguyên lý khoa học vật lý và nhiệt động lực học để kiểm soát môi trường trong nhà . Để hiểu cách HVAC kiểm soát không gian, chúng ta cần nắm vững ba nguyên lý cốt lõi của nó bao gồm: nguyên lý trao đổi nhiệt, nguyên lý luân chuyển không khí và nguyên lý kiểm soát độ ẩm.  

3.1. Nguyên lý trao đổi nhiệt?   

Nguyên lý cơ bản nhất của HVAC là di chuyển nhiệt từ nơi này đến nơi khác, áp dụng cho cả quá trình làm nóng và làm mát không khí.  

Về quá trình làm nóng thì  trong lò sưởi, nhiên liệu khí, điện được đốt cháy để tạo ra nhiệt. Quạt đẩy không khí lạnh từ trong nhà qua bộ trao đổi nhiệt của lò sưởi, không khí nhận nhiệt và nóng lên. Không khí nóng sau đó được thổi ngược trở lại không gian thông qua hệ thống ống dẫn.  

Trong quá trình làm mát  hệ thống điều hòa sử dụng một chất làm lạnh luân chuyển trong một chu trình kín. Sau đó môi chất lạnh ở dàn bay hơi hấp thụ nhiệt từ không khí trong phòng, làm không khí mát đi. Môi chất lạnh bay hơi và di chuyển đến dàn ngưng ở ngoài trời.   

Tiếp đến, ở dàn ngưng, môi chất lạnh giải phóng nhiệt ra môi trường bên ngoài và ngưng tụ lại thành chất lỏng, sau đó quay lại dàn bay hơi để tiếp tục chu trình. Độ ẩm trong không khí cũng ngưng tụ lại trên dàn bay hơi và được thoát ra ngoài dưới dạng nước, giúp giảm độ ẩm trong phòng.  

3.2. Nguyên lý luân chuyển trong không khí  

Luân chuyển không khí là quá trình quạt hút và đẩy liên tục giúp phân phối và di chuyển không khí trong không gian, đảm bảo nhiệt độ và chất lượng không khí đồng đều, đồng thời hệ thống thông gió liên tục để làm mới không khí.  

Quá trình quạt hút và đẩy là quá trình  quạt hút không khí từ các không gian sống vào bộ xử lý không khí trung tâm. Không khí này được làm sạch, điều chỉnh nhiệt độ sưởi ấm hoặc làm mát và độ ẩm.  

Nhờ vào đó thì không khí luôn được  di chuyển và phân phối khắp căn phòng , bên cạnh đó    không khí đã được xử lý sau đó được đẩy trở lại vào các phòng thông qua các lỗ thông hơi vents và hệ thống ống dẫn.  

Sau khi không khí được xử lý một phần không khí cũ, ô nhiễm được thải ra ngoài nhờ hệ thống  thông gió , và không khí tươi từ bên ngoài được hút vào và xử lý nhiệt độ nếu cần để làm mới không khí trong nhà, duy trì mức CO2 và các chất ô nhiễm khác ở mức an toàn.  

3.3. Nguyên lý kiểm soát độ ẩm  

Kiểm soát độ ẩm là một phần quan trọng của hệ thống HVAC, giúp duy trì mức độ ẩm lý tưởng trong không gian, ảnh hưởng trực tiếp đến sự thoải mái và sức khỏe.  

Nhờ vào hệ thống hút ẩm thì  khi làm mát, dàn bay hơi không chỉ làm giảm nhiệt độ mà còn làm ngưng tụ hơi nước trong không khí, giúp giảm độ ẩm trong phòng. Nước ngưng tụ được dẫn ra ngoài.  

Trong những môi trường quá khô thường vào mùa đông khi sưởi ấm, hệ thống HVAC có thể tích hợp  máy tạo ẩm  để bổ sung độ ẩm vào không khí, tránh khô da, khó thở và bảo vệ đồ nội thất.  

4. Lợi ích hệ thống HVAC là gì?   

Hệ thống HVAC tạo ra môi trường sống tiện nghi đến bảo vệ sức khỏe và tiết kiệm chi phí.  Việc đầu tư vào một hệ thống HVAC chất lượng mang lại vô số lợi ích không chỉ là cung cấp sự thoải mái, cải thiện chất lượng không khí trong nhà mà còn tiết kiệm năng lượng và chi phí mà không ảnh hưởng đến cấu trúc và nội thất trong nhà.   

4.1. Cung cấp sự thoải mái tối ưu nhiệt quanh năm  

HVAC giúp duy trì nhiệt độ và độ ẩm ổn định , tạo ra một môi trường sống và làm việc thoải mái, dễ chịu bất chấp điều kiện thời tiết bên ngoài.  

Duy trì nhiệt độ lý tưởng  cũng là một trong những lợi ích mà HVAC mang lại cho phép bạn cài đặt và duy trì nhiệt độ mong muốn trong nhà, bất kể điều kiện thời tiết bên ngoài là nắng nóng gay gắt, lạnh giá hay mưa ẩm. Điều này tạo ra một môi trường sống và làm việc ổn định, dễ chịu.  

Kiểm soát độ ẩm  là    hệ thống giúp duy trì độ ẩm ở mức lý tưởng thường khoảng 30-60%, tránh tình trạng không khí quá khô gây khó chịu như khô da, nứt nẻ môi hoặc quá ẩm gây nấm mốc, phát triển vi khuẩn.  

4.2. Cải thiện chất lượng không khí trong nhà  

Chất lượng không khí trong nhà được nâng cao đáng kể nhờ khả năng lọc bỏ các chất ô nhiễm và thông gió , bảo vệ sức khỏe hô hấp của người sử dụng.  

Hệ thống lọc khí hiệu quả loại bỏ bụi bẩn, phấn hoa, lông thú cưng, bào tử nấm mốc, vi khuẩn, các chất ô nhiễm và các hạt mịn khác khỏi không khí. Điều này đặc biệt có lợi cho những người bị dị ứng, hen suyễn hoặc các vấn đề hô hấp khác.  

Quá trình thông gió liên tục giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nhà như carbon dioxide tích tụ, mùi hôi từ nấu ăn, hóa chất tẩy rửa và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi như VOCs từ đồ nội thất mới hoặc sơn.  

Anh Trần Văn Bình, chủ doanh nghiệp sản xuất linh kiện điện tử tại KCN Thăng Long, cho biết : ' Từ khi ký hợp đồng bảo trì định kỳ với FDI Care, hệ thống HVAC của chúng tôi hoạt động ổn định hơn hẳn, không khí trong nhà máy luôn đạt chuẩn, giảm hẳn các sự cố kỹ thuật và tiết kiệm chi phí sửa chữa đột xuất '."  

4.3. Tiết kiệm năng lượng chi phí và vận hành  

Hệ thống HVAC hiện đại được thiết kế để hoạt động với hiệu suất năng lượng cao chỉ với hệ thống điều khiển thông minh, giúp giảm đáng kể chi phí điện và chi phí vận hành giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và tải nhiệt.  

Với    các hệ thống HVAC hiện đại được thiết kế để hoạt động với  hiệu suất năng lượng tối đa , giúp giảm đáng kể hóa đơn tiền điện so với các thiết bị riêng lẻ hoặc hệ thống cũ.  

Thermostat thông minh và các tính năng lập trình cho phép tối ưu hóa thuộc hệ thống điều khiển thông minh cho việc sử dụng năng lượng, ví dụ: tự động tắt khi không có người, hoặc điều chỉnh nhiệt độ theo lịch trình.  

Bên cạnh đó việc tối ưu hóa tải nhiệt  được thiết kế phù hợp với kích thước không gian giúp tránh lãng phí năng lượng do thiết bị quá nhỏ phải chạy liên tục hoặc quá lớn lãng phí công suất.  

Trong một dự án lắp đặt hệ thống HVAC cho tòa nhà văn phòng tại Quận 1, TP.HCM, FDI Care đã giúp doanh nghiệp  giảm 25% chi phí năng lượng hàng tháng so với hệ thống điều hòa cũ, đồng thời tăng mức độ hài lòng của nhân viên về chất lượng không khí và nhiệt độ phòng.  

4.4. Bảo vệ cấu trúc và nội thất ngôi nhà  

Kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ ổn định của HVAC giúp bảo vệ cấu trúc ngôi nhà và các vật dụng nội thất khỏi hư hại do môi trường.  

Ngăn ngừa nấm mốc và ẩm mốc  bằng cách kiểm soát độ ẩm, HVAC giúp ngăn chặn sự phát triển của nấm mốc và ẩm mốc, vốn có thể gây hại cho sức khỏe và làm hư hỏng cấu trúc ngôi nhà như tường, trần cũng như đồ nội thất gỗ, vải.  

Bảo vệ đồ nội thất và thiết bị điện tử  vì luôn nhiệt độ và độ ẩm ổn định giúp bảo vệ đồ gỗ khỏi bị co ngót, nứt nẻ, bảo vệ đồ điện tử khỏi bị đoản mạch do ẩm, và giữ cho vải vóc, thảm không bị phai màu hay hư hại.  

5. Các loại hệ thống HVAC phổ biến   

Tùy thuộc vào quy mô công trình và nhu cầu sử dụng, có nhiều loại hệ thống HVAC khác nhau được ứng dụng  như  hệ thống chia cục, hệ thống kênh, hệ thống VRF VRV hệ thống chiller và mỗi loại có ưu điểm riêng biệt. Từ nhà ở dân dụng đến các tòa nhà lớn,    có đa dạng loại hệ thống HVAC được thiết kế để phù hợp với từng quy mô và nhu cầu cụ thể .  

5.1. Hệ thống chia cục  

Hệ thống chia cục là lựa chọn phổ biến và tiết kiệm chi phí cho các không gian nhỏ, với cục nóng và cục lạnh tách biệt.  

Đặc điểm gồm một cục nóng đặt ngoài trời và một hoặc nhiều cục lạnh (dàn bay hơi) đặt trong nhà. Hai cục được nối với nhau bằng đường ống môi chất lạnh.  

Với ưu điểm    dễ lắp đặt, chi phí ban đầu thấp, có thể điều khiển độc lập từng khu vực.  

Phù hợp với nhà ở dân dụng, căn hộ, văn phòng nhỏ, cửa hàng.  

5.2. Hệ thống kênh  

Hệ thống kênh mang lại  sự phân phối không khí đồng đều và tính thẩm mỹ cao nhờ mạng lưới ống dẫn được giấu kín .  

Một hệ thống kênh có đặc điểm gồm trung tâm với bộ xử lý không khí chính, phân phối khí đã được điều hòa qua mạng lưới ống dẫn ductwork đến các phòng thông qua các lỗ thông hơi.  

Giúp phân phối không khí đồng đều, tính thẩm mỹ cao (ống dẫn ẩn trong tường/trần), kiểm soát nhiệt độ toàn bộ ngôi nhà.  

Phù hợp với biệt thự, nhà phố lớn, văn phòng, trường học.  

5.3. Hệ thống VRF/VRV   

Hệ thống VRF/VRV cung cấp hiệu suất năng lượng cao và khả năng điều khiển linh hoạt cho từng khu vực trong các công trình quy mô lớn.  

Một dàn nóng có thể kết nối với rất nhiều dàn lạnh khác nhau lên đến hàng chục dàn, cho phép điều khiển nhiệt độ độc lập từng khu vực. Hiệu suất năng lượng rất cao, khả năng điều khiển linh hoạt, tiết kiệm không gian lắp đặt dàn nóng.  

Phù hợp với: Khách sạn, tòa nhà văn phòng, bệnh viện, khu căn hộ cao cấp.  

5.4. Hệ thống Chiller   

Hệ thống Chiller là giải pháp làm lạnh công suất lớn, lý tưởng cho các công trình có quy mô rất lớn và yêu cầu hiệu quả cao.  

Hệ thống Chiller sử dụng nước hoặc hỗn hợp nước-glycol làm môi chất tải lạnh. Nước được làm lạnh bởi chiller sau đó được bơm đến các dàn lạnh trong các phòng để trao đổi nhiệt. Với công suất lớn, phù hợp với các công trình quy mô rất lớn, tuổi thọ cao.  

Phù hợp với: Trung tâm thương mại, sân bay, nhà máy công nghiệp, các tòa nhà phức hợp.  

6. Có cần thường xuyên bảo trì và vệ  sinh hệ thống không?  

Có, vì việc bảo trì định kỳ là yếu tố then chốt để hệ thống HVAC hoạt động hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ . Kinh nghiệm từ chuyên gia : " Theo kỹ sư Nguyễn Văn A, việc vệ sinh dàn nóng định kỳ giúp tăng tuổi thọ hệ thống HVAC lên 20% và giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng ," một kỹ sư HVAC với 15 năm kinh nghiệm chia sẻ.  

Để duy trì hiệu suất tối ưu và kéo dài tuổi thọ của hệ thống HVAC, việc  bảo trì và vệ sinh định kỳ là vô cùng cần thiết.    Nên thường xuyên kiểm tra các 5 điều nêu ra dưới đây để có thể tránh các tình trạng xấu xảy ra với hệ thống một cách tối đa:  

• Thay hoặc vệ sinh bộ lọc khí  vì đây là việc quan trọng nhất, nên thực hiện 1-3 tháng/lần tùy mức độ sử dụng và môi trường. Lọc bẩn làm giảm hiệu suất, tăng tiêu thụ điện và giảm chất lượng không khí.  
• Kiểm tra và vệ sinh dàn nóng/dàn lạnh  định kỳ 6 tháng - 1 năm/lần, cần vệ sinh sạch sẽ các lá tản nhiệt, loại bỏ bụi bẩn, lá cây, và kiểm tra tình trạng đường ống.  
• Kiểm tra môi chất lạnh để đ ảm bảo lượng gas đủ để hệ thống làm lạnh hiệu quả. Thiếu gas có thể gây giảm hiệu suất và hỏng máy nén.  
• Kiểm tra ống thoát nước ngưng  và đảm bảo đường ống không bị tắc nghẽn để nước có thể thoát ra ngoài, tránh rò rỉ và gây ẩm mốc.  
• Kiểm tra các kết nối điện  tránh gây tình trạng chập cháy và gây ra ảnh hưởng đến sức khỏe con người..  

HVAC không chỉ là một tiện ích mà là một hệ thống cốt lõi, thiết yếu cho mọi công trình hiện đại, từ nhà ở đến các khu công nghiệp phức tạp. Với khả năng kiểm soát toàn diện nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí, HVAC đóng vai trò không thể thiếu trong việc kiến tạo một môi trường sống và làm việc thoải mái, lành mạnh, an toàn và hiệu quả. Việc hiểu rõ về HVAC sẽ giúp bạn đưa ra những quyết định đúng đắn trong việc thiết kế, lắp đặt và bảo trì, từ đó tối ưu hóa lợi ích mà hệ thống này mang lại.