.JPG){kind=link}
Thực đơn
Điều hòa không khí
Việc phân loại hệ thống điều hòa không khí rất phức tạp vì chúng quá đa dạng về công năng và ứng dụng trong nhiều điều kiện, mục đích sử dụng khác nhau. Người ta có thể phân loại hệ thống điều hòa không khí theo các tiêu chí như phân loại theo mục đích sử dụng, tính tập trung (cục bộ hoặc trung tâm), phương thức làm lạnh (trực tiếp hoặc gián tiếp), công suất lạnh (đơn vị kW hoặc BTU/h),[56] môi chất làm lạnh (nước hoặc không khí), khả năng xử lý (một chiều lạnh hoặc hai chiều nóng–lạnh)...[57]
Máy điều hòa cửa sổ (tiếng Anh: Window air conditioner) là thiết bị điều hòa không khí gọn trọn bộ, dùng điều hòa không khí trong một phòng. Do gắn xuyên tường trông giống một cửa sổ nên được gọi là máy điều hòa cửa sổ. Toàn bộ các thiết bị chính —máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, quạt thổi gió, quạt giải nhiệt, lọc gió, tụ điều hòa, block (lốc) điều hòa— được lắp trong cùng một vỏ gọn nhẹ.[58] Công suất lạnh của máy điều hòa cửa sổ thường nhỏ, từ 5.000 BTU/h (2 kW) đến 24.000 BTU/h (7 kW),[59] đủ làm mát diện tích phòng tối đa khoảng 60 mét vuông (650 sq ft).[60]
Trong hình là cấu tạo thiết kế một máy điều hòa cửa sổ. Thông thường, dàn lạnh sẽ đặt hướng vào trong phòng và dàn nóng sẽ hướng ra bên ngoài phòng. Quạt dàn nóng (fan) và quạt dàn lạnh (blower) được đặt đồng trục và vận hành bởi cùng một động cơ. Quạt dàn lạnh thường là loại quạt ly tâm lồng sóc để có lưu lượng gió lớn và ít tiếng ồn; trong khi đó, quạt dàn nóng là loại quạt hướng trục vì chỉ cần tạo lưu lượng gió lớn để giải nhiệt. Không khí trong phòng được hút từ bên hông máy điều hòa, trao đổi nhiệt với dàn lạnh (cooling coil) và thổi ra phía trước máy thông qua các cánh hướng. Không khí bên ngoài cũng trao đổi nhiệt với dàn ngưng hay dàn nóng (condenser coil).[59]
Máy điều hòa cửa sổ có hai dạng chính là máy một chiều lạnh và hai chiều nóng–lạnh. Với máy hai chiều nóng–lạnh, tổ máy điều hòa cần có thêm một van đảo chiều cho phép hoán đổi chiều của dàn nóng và dàn lạnh tùy vào mùa trong năm. Vào mùa hè, dàn lạnh hướng vào trong phòng và dàn nóng ngoài trời, máy điều hòa có chức năng làm mát. Vào mùa đông, dàn lạnh lại ở bên ngoài và dàn nóng trong phòng, lúc này máy chạy ở chế độ bơm nhiệt (đã mô tả ở phần trên) và có chức năng sưởi ấm.[61][62]
Máy điều hòa cửa sổ được phát minh đầu tiên bởi H.H. Schultz and J.Q. Sherman vào năm 1931 nhưng giá thành của loại này rất đắt vào thời đó (tương đương 120.000 đến 600.000 USD ngày nay cho một máy điều hòa)[23] nên không được sử dụng phổ biến.[32] Tuy nhiên, loại máy điều hòa cửa sổ có thiết kế nhỏ gọn giống với ngày nay có tên là "Thorne Room Air Conditioner",[63] được phát minh sản xuất bởi hãng Thorne Motor Corporation.[64][65] Kỹ sư Henry Galson sau đó đã cải tiến máy điều hòa cửa sổ để ngày càng nhỏ gọn và rẻ hơn; đến năm 1947, khoảng 43.000 máy điều hòa cửa sổ đã được bán ra và nhiều người có thể dễ dàng sở hữu loại thiết bị này.[32]
Ưu điểm của máy điều hòa cửa sổ là gọn, dễ lắp đặt và vận hành, giá thành rẻ (do ít tốn chi phí thiết bị ống dẫn và nhân công lắp đặt), tiết kiệm năng lượng (hệ số lạnh cao[lower-alpha 3]).[67] Nhược điểm của loại máy điều hòa này là công suất lạnh nhỏ (dưới 24.000 BTU/h), giảm tính mỹ quan cho thiết kế công trình, bị giới hạn về vị trí sử dụng (chỉ áp dụng cho tường bao bên ngoài, không thể dùng cho những phòng nằm sâu trong công trình).[68]
Máy điều hòa không khí kiểu rời (tiếng Anh: Split-type air conditioner) còn được gọi là "máy điều hòa tách", "máy điều hòa hai hoặc nhiều mảnh",[69] "máy điều hòa hai hoặc nhiều cụm".[70] Điểm khác biệt giữa máy điều hòa tách và máy điều hòa cửa sổ là tổ máy điều hòa tách có dàn nóng (outdoor unit) và dàn lạnh (indoor unit) được đặt ở những vị trí khác nhau thay vì đặt chung trong một cụm thiết bị như máy điều hòa cửa sổ. Liên kết giữa hai cụm nóng–lạnh là cặp dây đồng dẫn môi chất lạnh và dây điện điều khiển. Cặp dây đồng gồm hai ống đồng chứa môi chất lạnh ở thể hơi (hơi môi chất) và thể lỏng. Ống chứa hơi môi chất thường có đường kính lớn hơn và được bọc bảo ôn cách nhiệt nhằm hạn chế hấp thu nhiệt từ môi trường và tránh hiện tượng "đổ mồ hôi" của ống đồng.[71] Hệ thống máy điều hòa không khí kiểu rời có thể chia thành ba nhóm chính: hệ thống trung tâm, hệ thống hai cụm không ống gió, và hệ thống nhiều cụm.
Hệ thống điều hòa trung tâm (tiếng Anh: Central air conditioning system) thường được sử dụng trong gia đình và doanh nghiệp. Hệ thống điều hòa trung tâm có dàn lạnh được đặt trong nhiều phòng, có thể là bộ xử lý không khí AHU (Air handing unit) hoặc thiết bị dàn lạnh FCU (Fan coiled unit); còn dàn nóng được đặt bên ngoài. Buồng xử lý không khí AHU được điều khiển bởi một bộ điều nhiệt (thermostat) đặt tại vị trí xa so với AHU. Người dùng có thể điều chỉnh nhiệt độ mong muốn bằng bộ điều nhiệt, từ đó bộ điều nhiệt sẽ điều khiển AHU để duy trì nhiệt độ đã cài đặt. Không khí được cấp qua AHU và sử dụng các ống gió để thổi vào các không gian cần làm mát. AHU thường được đặt cách xa các không gian cần điều hòa nhiệt độ. AHU có thể lấy không khí từ bên ngoài (gió tươi) hoặc từ trong phòng (gió hồi), thông qua các lỗ thông hơi đặt trong nhà hoặc từ các ống gió. Ngoài ra, AHU cũng có thể được đặt bên ngoài phòng, chứa dàn ngưng và được phép hút không khí bên ngoài. Khi đó, chúng được gọi là "máy điều hòa lắp mái"[72] (rooftop unit – RTU) hoặc "máy điều hòa nguyên cụm lắp mái"[73] (packaged rooftop unit).[74]
Hệ thống điều hòa hai cụm không ống gió (ductless mini-split system), hay còn gọi là "máy điều hòa hai mảnh",[69] "máy điều hòa phòng hai cụm" (split room air conditioner),[70] thường dùng để làm lạnh cho một phòng riêng biệt. Tên gọi tiếng Anh "mini-split" thường được dùng để chỉ những hệ thống điều hòa tách chỉ cung cấp không khí cho một phòng duy nhất, khác với hệ thống điều hòa nhiều cụm là hệ thống cho phép làm lạnh nhiều phòng (khu vục) từ một dàn nóng duy nhất. Công suất lạnh của máy điều hòa 2 cụm trong khoảng từ 9.000 BTU/h đến 36.000 BTU/h cho mỗi phòng hoặc dàn lạnh. Hệ thống điều hòa hai cụm đầu tiên được các hãng Mitsubishi Electric và Toshiba ra mắt vào năm 1954–1968 tại Nhật Bản.[75][76][77]
Cũng giống như hệ thống điều hòa trung tâm, hệ thống điều hòa hai cụm cũng bao gồm dàn nóng đặt bên ngoài và dàn lạnh đặt trong phòng. Ưu điểm của hệ thống hai cụm là thiết kế nhỏ gọn và có thể điều chỉnh nhiệt độ khác nhau cho từng phòng riêng biệt. Ngoài ra, do không có đường ống gió, cũng giúp giảm thất thoát nhiệt so với hệ thống trung tâm. Hệ thống điều hòa hai cụm còn có ưu điểm là có nhiều kiểu dáng dàn lạnh khác nhau tùy vào nhu cầu thiết kế công trình, bao gồm loại đặt sàn, treo tường, hoặc áp trần.[78] Với hệ thống hai cụm, dàn lạnh đặt trong nhà giúp dễ bảo trì hơn và không chịu ảnh hưởng của thời tiết. Dàn nóng, chứa máy nén, đặt ngoài trời, không gây ảnh hưởng tiếng ồn đến không gian sử dụng.[79] Nhược điểm chủ yếu của máy điều hòa hai cụm là chi phí vận hành cao, thông thường tốn khoảng từ 1.500 đến 2.000 USD cho mỗi tấn lạnh Mỹ (tương đương 12.000 BTU/h), cao hơn 30% so với hệ thống điều hòa trung tâm.[78] Công suất của hệ thống điều hòa hai cụm cũng không cao, tối đa 60.000 BTU/h; đồng thời việc gắn nhiều dàn nóng bên ngoài sẽ làm ảnh hưởng mỹ quan của công trình kiến trúc.[80]
Hệ thống nhiều cụm (multi-zone system) hay còn gọi là "hệ thống điều hòa kiểu ghép" (multi-split system) về cơ bản là hệ thống máy điều hòa gồm một dàn nóng cung cấp cho nhiều dàn lạnh. Hệ thống điều hòa nhiều cụm cung cấp khả năng làm lạnh và sưởi ấm lên đến 60.000 BTU cho nhiều phòng hoặc nhiều dàn lạnh đồng thời. Hệ thống điều hòa nhiều cụm lớn được gọi là hệ thống VRF (Variable Refrigerant Flow – dòng môi chất lạnh biến thiên) và thường được sử dụng trong các tòa nhà thương mại. Hệ thống điều hòa nhiều cụm không ống gió được hãng Daikin phát minh vào năm 1973 và sau đó, hệ thống VRF cũng được Daikin phát minh vào năm 1982 với tên gọi VRV (Variable Refrigerant Volume).[81]
Cũng như hệ thống điều hòa tách hai cụm, hệ thống nhiều cụm bao gồm dàn nóng và dàn lạnh. Máy nén thường được đặt trong dàn nóng, không đặt ở dàn lạnh vì như vậy sẽ gây ồn khi vận hành và tăng kích thước dàn lạnh. Hệ thống nhiều cụm có thể có nhiều kiểu dáng dàn lạnh khác nhau, bao gồm loại đặt sàn (floor-standing), treo tường (wall-mounted), áp trần (ceiling suspended), âm trần (concealed), âm trần cassette (ceiling mounted cassette), và ống gió ngang (kiểu vệ tinh, ceiling-mounted built-in).[82][83]
Hệ thống điều hòa nhiều cụm có những ưu điểm giống với hệ thống hai cụm như khả năng điều chỉnh nhiệt độ khác nhau cho các phòng riêng biệt và có thể lắp đặt nhiều kiểu dáng dàn lạnh khác nhau. Ngoài ra, hệ thống điều hòa ghép còn có ưu điểm như giảm số lượng dàn nóng giúp tăng mỹ quan công trình, đồng thời sử dụng chung điện nguồn giúp giảm chi phí lắp đặt.[84]
Hệ thống điều hòa trung tâm nước[85] (Chilled-water air conditioning system) là hệ thống điều hòa sử dụng nước lạnh làm chất tải lạnh để làm lạnh không khí. Nước được làm lạnh xuống 45 °F (7 °C) bằng cụm máy làm lạnh nước, sau đó được dẫn theo đường ống đến các dàn trao đổi nhiệt như AHU và FCU để làm lạnh không khí. Hệ thống điều hòa trung tâm nước thường được dùng để làm lạnh những công trình hoặc khu vực rộng lớn như trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng...[86]
Hệ thống điều hòa trung tâm nước bao gồm những thiết bị chính sau:[87][88]
Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa trung tâm nước xoay quanh cụm máy lạnh chiller. Nước lạnh được làm lạnh trong bình bay hơi của chiller xuống 45 °F (7 °C). Sau đó, hệ thống bơm tuần hoàn sẽ đưa nước lạnh đến các thiết bị trao đổi nhiệt như AHU, FCU đặt tại những khu vực cần làm lạnh. Tại đây, nước hấp thu nhiệt từ không khí trong phòng, làm nhiệt độ tăng lên 55 °F (13 °C). Sau khi nóng lên, nước được tuần hoàn trở lại chiller để tái làm lạnh xuống 45 °F (7 °C) và khép kín chu trình tuần hoàn.[89][90]
Theo chu trình làm lạnh, máy lạnh chiller được chia thành hai nhóm chính là chiller nén hơi và chiller hấp thụ. Chiller nén hơi (compression chiller) sử dụng máy nén để thực hiện quá trình nén tăng áp suất bên trong chiller nhằm bay hơi và ngưng tụ chất tải lạnh (nước); trong khi đó, chiller hấp thụ (absorption chiller) sử dụng nhiệt năng để thay thế máy nén thực hiện quá trình làm lạnh.[91][92] Chiller nén hơi là loại chiller được sử dụng phổ biến nhất.[93] Công suất lạnh của cụm máy lạnh chiller tùy thuộc vào loại máy nén lắp trong chiller. Chiller dùng máy nén piston tịnh tiến là loại có công suất nhỏ nhất, thông thường từ 0,5 đến 150 hp (tương đương 31,8 tấn lạnh Mỹ). Muốn nâng công suất làm lạnh, người ta sử dụng nhiều máy nén song song hoặc dùng loại chiller nhiều xi lanh (có thể lên đến 12 xi lanh). Loại công suất trung bình sử dụng máy nén xoắn ốc và máy nén trục vít, khoảng từ 50 đến 700 tấn lạnh. Loại chiller công suất lớn nhất sử dụng máy nén li tâm với công suất lạnh có thể đạt 1.000 tấn lạnh.[94][95]
Theo phương pháp giải nhiệt ngưng tụ, máy làm lạnh nước chiller được chia thành hai nhóm chính là chiller giải nhiệt nước và chiller giải nhiệt gió. Chiller giải nhiệt nước (WCWC – Water-cooled water chiller) sử dụng một nguồn nước thứ cấp để hấp thu nhiệt từ nước lạnh, lúc này đang ở nhiệt độ 55 °F (13 °C); nước lạnh đi qua thiết bị trao đổi nhiệt gọi là "bình ngưng". Có nhiều dạng thiết kế bình ngưng như loại ống lồng ống (double-tube), ống chùm (shell-and-tube), hoặc ống xoắn (shell-and-coil).[96] Nước giải nhiệt thứ cấp (condenser water) có thể xả thải sau khi sử dụng; tuy nhiên, để tiết kiệm chi phí, nước giải nhiệt được tuần hoàn lại. Nước giải nhiệt thứ cấp sẽ được dẫn về tháp giải nhiệt để làm mát bằng không khí, sau đó được tuần hoàn về bình ngưng, khép kín chu trình.[97] Đối với chiller giải nhiệt gió (ACWC – Air-cooled water chiller), người ta không cần sử dụng nước thứ cấp giải nhiệt mà thay vào đó dùng không khí để làm mát nước tải lạnh. Bình ngưng là một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu giàn ống có cánh (finned tube coil); nước lạnh di chuyển trong ống, truyền nhiệt qua các cánh tản nhiệt ra không khí. Không khí được thổi nhờ hệ thống quạt lớn kiểu ly tâm hoặc hướng trục.[98] Chiller giải nhiệt nước có thể làm giảm nhiệt độ thấp hơn chiller giải nhiệt khoảng 35 °F (2 °C), giúp hiệu quả làm lạnh của chiller giải nhiệt nước tốt hơn.[99]
Thực đơn
Điều hòa không khíLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Điều hòa không khí