Hiện nay, không khó để bạn bắt gặp một hệ thống điều hòa không khí ở các cơ sở, tòa nhà, nhà ở dân dụng,… Đặc biệt với điều kiện khí hậu ngày càng nóng lên, nền nhiệt ở các khu vực tăng cao. Nhu cầu sử dụng hệ thống điều hòa không khí lại càng cần thiết.
Vậy thì hệ thống điều hòa không khí là gì? Có những hệ thống điều hòa không khí nào trên thị trường? Hãy cùng Nam Phương Việt tìm hiểu chi tiết trong bài viết này.
Hệ thống điều hòa không khí là gì?
Hệ thống điều hòa không khí là một hệ thống thuộc HVAC, bao gồm nhiều thiết bị được kết hợp với nhau để kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí trong một không gian nhất định. Từ đó tạo ra một môi trường sống và làm việc thoải mái cho con người.
Lịch sử hình thành hệ thống điều hòa không khí:
Ý tưởng điều chỉnh không khí đã xuất hiện từ rất lâu trước khi có những chiếc máy điều hòa hiện đại. Con người từ xa xưa đã tìm cách làm mát không khí bằng những cách đơn giản như sử dụng quạt, đặt bình nước trong nhà, hay tận dụng gió tự nhiên.
Bước ngoặt lớn trong lịch sử điều hòa không khí đến vào đầu thế kỷ 20, với sự ra đời của máy điều hòa không khí hiện đại được phát minh bởi ông Willis Carrier, một kỹ sư người Mỹ.
Từ đó, điều hòa không khí dần trở thành một thiết bị tiêu dùng phổ biến và là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại, đặc biệt ở các nước phát triển.
Ngày nay, điều hòa không khí không chỉ đơn thuần là một thiết bị làm mát, mà còn là một hệ thống phức tạp tích hợp nhiều chức năng như lọc không khí, khử mùi, tạo ion âm… Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu kỹ hơn ở phần sau đây.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc hệ thống điều hòa không khí
Cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí
Một hệ thống điều hòa không khí sẽ bao gồm các thành phần chính sau đây:
Bộ phận đặt ngoài trời:
- Máy nén (Compressor): Là trái tim của hệ thống, có nhiệm vụ nén chất làm lạnh, tăng áp suất và nhiệt độ của chất làm lạnh.
- Dàn nóng (Condenser): Là bộ phận tỏa nhiệt, giúp chất làm lạnh nóng chuyển hóa từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng.
- Quạt dàn nóng: Giúp tản nhiệt từ dàn nóng ra môi trường bên ngoài.
Bộ phận đặt trong nhà:
- Dàn lạnh (Evaporator): Hấp thụ nhiệt từ không khí trong phòng, làm cho không khí trở nên mát mẻ.
- Quạt dàn lạnh: Thổi luồng không khí qua dàn lạnh và phân phối không khí mát vào phòng.
- Bộ lọc: Lọc sạch bụi bẩn, các hạt nhỏ trong không khí, giúp cải thiện chất lượng không khí.
Ống dẫn (Ductwork)
- Ống gió: Hệ thống ống dẫn không khí lạnh từ dàn lạnh đến các phòng trong nhà.
- Cửa gió: Phân phối không khí lạnh đến các khu vực khác nhau.
Chất làm lạnh (Refrigerant): Thường dùng các hợp chất thuộc nhóm Metan, Etan, Propan, các hợp chất hữu cơ vòng, hỗn hợp zeotropic, hỗn hợp azeotropic và các hợp chất hữu cơ khác.
Bộ điều khiển (Thermostat)
- Thiết bị điều khiển nhiệt độ và các chức năng khác của hệ thống điều hòa.
- Cho phép người dùng cài đặt nhiệt độ mong muốn và các chế độ hoạt động khác.
Nguyên lý làm việc của hệ thống điều hòa không khí
Hệ thống điều hòa không khí hoạt động dựa trên chu trình làm lạnh, một quá trình vật lý giúp chuyển nhiệt từ một nơi này sang nơi khác. Dưới đây là cách mà điều hòa làm mát không khí trong phòng:
Ở đầu vào của máy nén, chất làm lạnh ở dạng khí, áp suất thấp được hút vào máy nén. Tại đây, chất làm lạnh bị nén lại, khiến áp suất và nhiệt độ tăng cao.
Sau đó, chất làm lạnh được đẩy đến bộ trao đổi nhiệt (dàn nóng). Thông qua các lá nhôm của dàn nóng, nhiệt lượng sẽ được tỏa ra bên ngoài, chất làm lạnh nguội đi và ngưng tụ thành dạng lỏng.
Chất làm lạnh dạng lỏng sau đó được đẩy đến bộ trao đổi nhiệt khác (dàn lạnh) và đi qua van tiết lưu. Tại đây, áp suất giảm đột ngột khiến chất làm lạnh hóa hơi một phần, hấp thụ nhiệt từ không khí bên trong, trở lại máy nén và lặp lại chu trình. Không khí trong phòng được quạt thổi qua dàn lạnh, trở nên mát mẻ và được thổi vào phòng.
Các hệ thống điều hòa không khí hiện nay
Hệ thống điều hòa không khí trung tâm
Điều hòa không khí trung tâm là một hệ thống làm mát và sưởi ấm lớn, được thiết kế để điều khiển nhiệt độ và độ ẩm cho toàn bộ một tòa nhà hoặc một khu vực rộng lớn.
Khác với các loại điều hòa cá nhân, hệ thống trung tâm sử dụng một dàn nóng duy nhất đặt ở bên ngoài và nhiều dàn lạnh được phân phối khắp các phòng.
Điều hòa trung tâm thường được sử dụng trong các tòa nhà lớn như văn phòng, khách sạn, bệnh viện, trung tâm thương mại, nhà máy…
Hệ thống điều hòa không khí VRV
Hệ thống điều hòa không khí VRV (Variable Refrigerant Volume) là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực điều hòa không khí, được phát triển bởi Daikin vào đầu những năm 1980. Sử dụng công nghệ biến tần (inverter) để điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh theo tải làm mát/sưởi ấm của từng khu vực.
Hệ thống này có nhiều ưu điểm:
- Có thể điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh
- Hệ thống VRV có khả năng kết nối với nhiều dàn lạnh khác nhau (như dàn treo tường, dàn cassette, dàn âm trần, v.v.) thông qua một dàn nóng duy nhất.
- Khả năng điều khiển nhiệt độ riêng biệt từng phòng
- Hiệu quả sử dụng năng lượng tốt hơn hệ thống điều hòa không khí truyền thống nhờ sử dụng biến tần.
- Có thể được kết nối với các hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) để tối ưu hóa việc vận hành và bảo trì.
Hệ thống điều hòa không khí VRF
Hệ thống điều hòa không khí VRF (Variable Refrigerant Flow) là một công nghệ tiên tiến trong ngành HVAC, rất giống với hệ thống VRV, nhưng được phát triển bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau.
Hệ thống VRF cũng có nhiều ưu điểm tương tụ như ở hệ thống VRV. Hệ thống này phù hợp cho nhiều loại công trình khác nhau, từ các căn hộ dân cư, biệt thự, khách sạn đến các tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại và các khu phức hợp công nghiệp.
Hệ thống điều hòa không khí giải nhiệt nước (Water Chiller)
Hệ thống điều hòa không khí giải nhiệt nước, hay còn gọi là hệ thống Water Chiller, là một giải pháp làm mát lớn và hiệu quả, sử dụng nước làm môi chất trung gian để truyền tải và phân phối nhiệt lạnh.
Cấu trúc của hệ thống water chiller bao gồm:
- Chiller giải nhiệt nước (Water-Cooled Chiller): Sử dụng nước để giải nhiệt cho dàn ngưng tụ.
- Tháp giải nhiệt (Cooling Tower): Dùng để giảm nhiệt độ của nước nóng từ chiller bằng cách sử dụng quá trình bay hơi.
- Hệ thống bơm và đường ống: Dẫn nước lạnh từ chiller đến các dàn trao đổi nhiệt (FCU, AHU) trong tòa nhà hoặc nhà máy, và sau đó quay trở lại chiller để được làm lạnh lại.
- Dàn trao đổi nhiệt (FCU và AHU)
Hệ thống điều hòa không khí chiller giải nhiệt gió
Hệ thống điều hòa không khí chiller giải nhiệt gió cũng là một dạng hệ thống làm mát trung tâm. Nó có cấu trúc tương tự như hệ thống water chiller, chỉ khác là bộ làm lạnh của hệ thống này sử dụng không khí để giải nhiệt cho dàn ngưng tụ. Và không sử dụng tháp giải nhiệt.
Hệ thống điều hòa không khí chiller giải nhiệt gió thường được sử dụng trong các công trình có quy mô vừa và nhỏ như các tòa nhà văn phòng, khách sạn, trung tâm thương mại, và các cơ sở sản xuất quy mô trung bình. Hệ thống này là lựa chọn lý tưởng ở các khu vực thiếu nước hoặc không đủ không gian để lắp đặt tháp giải nhiệt.
Hệ thống điều hòa không khí cục bộ
Hệ thống điều hòa không khí cục bộ là một loại hệ thống điều hòa nhỏ gọn, thường được sử dụng để làm mát và sưởi ấm cho một không gian hoặc khu vực cụ thể thay vì toàn bộ tòa nhà.
Hệ thống điều hòa không khí cục bộ thường được sử dụng trong các căn hộ, nhà riêng, văn phòng nhỏ, phòng khách sạn, và các không gian thương mại nhỏ.
Dưới đây là các loại hệ thống điều hòa không khí cục bộ phổ biến:
- Điều hòa treo tường (Wall-mounted air conditioner): Dàn lạnh được treo trên tường bên trong phòng, trong khi dàn nóng được lắp đặt bên ngoài. Điều hòa treo tường thích hợp cho các phòng nhỏ như phòng ngủ, phòng khách, văn phòng nhỏ.
- Điều hòa cửa sổ (Window air conditioner): Cả dàn nóng và dàn lạnh đều nằm trong cùng một khối và được lắp đặt trực tiếp vào cửa sổ hoặc lỗ thông trên tường.
- Điều hòa di động (Portable air conditioner): Là loại điều hòa có thể di chuyển dễ dàng từ phòng này sang phòng khác. Thiết bị này bao gồm cả dàn nóng và dàn lạnh trong cùng một khối, với một ống dẫn khí thải ra bên ngoài qua cửa sổ.
- Điều hòa âm trần (Ceiling-mounted air conditioner): Là loại điều hòa có dàn lạnh được lắp âm vào trần nhà, chỉ để lộ mặt nạ ra bên ngoài. Điều hòa âm trần thường được sử dụng trong các không gian thương mại như nhà hàng, văn phòng, nơi yêu cầu thẩm mỹ cao và tiết kiệm không gian sàn.
- Điều hòa multi (Multi-split air conditioner): Hệ thống này cho phép một dàn nóng ngoài trời kết nối với nhiều dàn lạnh trong nhà, phục vụ nhiều phòng hoặc khu vực khác nhau.
Hệ thống điều hòa không khí cấp 1
Hệ thống điều hòa không khí cấp 1 (Primary Air System – PAS) là một hệ thống điều hòa trong đó không khí được xử lý, lọc sạch và làm lạnh (hoặc sưởi ấm) trước khi được phân phối đến các khu vực khác nhau trong tòa nhà.
Hệ thống này tập trung vào việc cung cấp không khí tươi đã được điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm từ một nguồn trung tâm (như Air Handling Unit – AHU) đến các không gian bên trong.
Cấu trúc bao gồm:
- Air Handling Unit (AHU) – Bộ xử lý không khí
- Hệ thống ống gió (Ductwork)
- Hộp điều chỉnh lưu lượng không khí VAV Box
- Thiết bị đầu cuối: cửa gió, lưới gió, hoặc khuếch tán không khí,…
Hệ thống cấp 1 thường được sử dụng trong các tòa nhà lớn, chẳng hạn như văn phòng cao tầng, trung tâm thương mại, khách sạn, bệnh viện, hoặc các công trình công nghiệp.
Hệ thống điều hòa không khí cấp 2
Hệ thống điều hòa không khí cấp 2 (Secondary Air System) là một hệ thống điều hòa không khí kết hợp, trong đó không khí được xử lý và điều chỉnh nhiệt độ tại các bộ xử lý không khí (Air Handling Unit – AHU) cục bộ hoặc các thiết bị điều hòa không khí nhỏ hơn nằm gần hoặc trong khu vực cần điều hòa.
Khác với hệ thống cấp 1, trong hệ thống cấp 2, không khí không hoàn toàn được xử lý tại một nguồn trung tâm duy nhất mà có sự phân phối và xử lý bổ sung tại các khu vực cụ thể trong tòa nhà.
Hệ thống điều hòa không khí cấp 2 thường được sử dụng trong các tòa nhà lớn có nhu cầu điều hòa nhiệt độ phức tạp và đa dạng, như khách sạn, bệnh viện, trung tâm thương mại, và các văn phòng cao cấp.
Hệ thống điều hòa không khí kiểu buồng phun
Hệ thống điều hòa không khí kiểu buồng phun hoạt động dựa trên nguyên tắc phun nước li ti vào không khí. Khi nước tiếp xúc với không khí nóng, một phần nước sẽ bay hơi, hấp thụ nhiệt từ không khí làm giảm nhiệt độ.
Bạn có thể bắt gặp hệ thống này ở các quán cà phê hoặc quán ăn có không gian mở và cần làm mát vào những ngày nắng nóng.
Cấu trúc hệ thống điều hòa không khí kiểu buồng phun bao gồm:
- Buồng phun
- Vòi phun
- Hệ thống bơm nước và lọc nước
Hệ thống này có nhiều ưu điểm như hiệu quả làm mát cao, giúp điều chỉnh độ ẩm môi trường, chi phí vận hành thấp.
Tuy nhiên nó cũng có một số nhược điểm như phụ thuộc vào điều kiện môi trường, khó kiểm soát độ ẩm không khí, nguy cơ tích tụ vi khuẩn và nấm mốc ở các vòi phun.
Kết luận
Chúng ta vừa cùng nhau tìm hiểu về hệ thống điều hòa không khí, một bộ phận quan trọng của HVAC. Nếu bạn thấy nội dung này hữu ích, đừng quên để lại đánh giá 5 sao cho Nam Phương Việt nhé.
Bạn cũng có thể tìm hiểu thêm về các hệ thống khác của HVAC như:
