Hệ thống HVAC - Các chức năng và nguyên lý hoạt động của HVAC trong phòng sạch

HVAC là hệ thống điều hòa không khí được viết tắt của cụm từ tiếng Anh trong đó H: Heating là hệ thống sưởi ấm, V: Ventilating là thông gió, AC: là Air Conditioning điều hòa không khí. Gọi chung là hệ thống điều hòa không khí.

I.Cấu tạo của hệ thống HVAC

Cấu tạo của hệ thống HVAC bao gồm 3 thành phần:

1. Hệ thống sưởi (Heating)

Được dùng tạo ra nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của môi trường, phân phối cho các tòa nhà, trung tâm thương mại, gia đình,.. bao gồm:

• Lò hơi,bơm nhiệt: là thiết bị đun nóng nước, hơi nước, không khí dùng làm nhiệt dự phòng hoặc hệ thống bơm nhiệt: phòng lò trong gia đình, phòng cơ khí trong các trung tâm,…
• Nhiệt được truyền đi bằng cách đối lưu, dẫn nhiệt hoặc bức xạ.
• Lò sưởi được hoạt động thông qua các nguồn nguyên liệu như: Nguyên liệu rắn( than:củi), nguyên liệu lỏng ( xăng; dầu), khí ( gas), điện.

Bất kể là loại hệ thống sưởi nào thì nhiệt cũng được truyền sang môi trường đều là nước, hơi nước, không khí:

• Nước/hơi nước: Có thể đun và lưu thông ở dạng lỏng, khi nhiệt độ cao thì biến thành hơi nước. Được vận chuyển bằng cách sự dụng bộ trao đổi nhiệt: bộ tản nhiệt, cuộn dây nước nóng không khí. Nước nóng co thêr sử dụng tắm, giặt,..
• Không khí: Đối với không khí sẽ sử dụng hệ thống ống dẫn để phân phối. Không khí ấm sẽ được mang đi cung cấp, không khí lạnh sẽ được trả lại bộ phận máy sưởi.

Lưu ý: Phải cấp đầy đủ thông hơi tránh dẫn đến nguy cơ cháy do sự hình thành của các hợp chất dễ bay hơi như VOC, formaldehyde, carbon monoxide,…

2. Hệ thống thông gió (Ventilating)

Thông gió trong hệ thống là quá trình thay thế không khí trong không gian kín với không khí trong lành từ bên ngoài, cũng như không khí lưu thông trong không gian. Nó cải thiện chất lượng không khí trong nhà, loại bỏ mùi hôi, và có thể được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm. 

Cụ thể, hệ thống còn có tác dụng rõ rệt trong việc loại bỏ

• Chất ô nhiễm
• Bụi bặm
• Khói bụi hay mùi thuốc lá
• Carbon dioxide hoặc monoxit và các loại tương tự
• Vi sinh vật và phấn hoa
• Loại bỏ CO2 và bổ sung Oxy.

Dựa trên các phương pháp được sử dụng để tạo thông gió, các hệ thống có thể được phân loại là:

• Thông gió cơ học hoặc cưỡng bức: Loại thông gió này được cung cấp bởi các bộ xử lý không khí đẩy máy hoặc đẩy không khí di chuyển. Các không gian nhiều dễ bị ám mùi và thừa ẩm như nhà bếp và phòng tắm thường có ống xả cơ khí nhằm loại bỏ những thành phần không mong muốn này. Tùy vào diện tích lắp đặt và nhu cầu sử dụng để có lựa chọn loại quạt tương ứng về kích thước và lưu lượng gió. Quạt truyền động trực tiếp có thể được sử dụng trong nhiều môi trường. Quạt trần, bàn, sàn và quạt treo tường được ưu tiên để lưu thông không khí trong phòng để giảm nhiệt độ, độ ẩm trong không gian.
• Thông gió tự nhiên: Là sự lưu thông không khí mà không cần bất kỳ thiết bị nào can thiệp. Thông gió tự nhiên có thể đạt được bằng cách sử dụng kết hợp các cửa sổ có thể hoạt động và cửa chớp. Đôi khi là sử dụng lỗ thông hơi nếu không gian sử dụng nhỏ và phù hợp. Có khá nhiều hệ thống sử dụng các phương pháp khác nhau để đạt được thông gió tự nhiên, như thông gió hiệu ứng ngăn xếp và các nhà tiết kiệm không khí.

3. Hệ thống điều hòa không khí (Air Conditioning)

Thiết bị giúp điều hòa không khí và làm lạnh bằng cách loại bỏ lượng nhiệt bên trong không gian. Nhiệt độ của không khí có thể được loại bỏ bằng bức xạ, đối lưu hoặc truyền dẫn qua một thiết bị làm lạnh. 

Chất làm lạnh như nước, không khí, nước đá, hoá chất được coi là phương tiện giúp dẫn truyền lạnh. Những chất làm lạnh này được dùng trong hệ thống bơm nhiệt, mà trong đó, máy nén được sử dụng để điều khiển chu trình làm mát bằng nhiệt động lực học, hoặc trong một hệ thống làm lạnh bằng việc sử dụng máy bơm để vận chuyển một chất làm lạnh (thường là nước hoặc là một hỗn hợp glycol).

Trong hệ thống điều hòa, hầu hết không khí được tuần hoàn, hút vào cả những không khí trong lành, tạo áp lực dương trong không gian. Luồng không khí đó được di chuyển truyền qua một bộ trao đổi nhiệt, làm mát nhờ máy móc và sau đó lưu thông tới các khu vực cần làm mát. 

Tóm lại, điều hòa nhiệt độ, không khí mang nhiệm vụ cung cấp luồng không khí theo cài đặt tùy chỉnh và độ ẩm cho toàn bộ hoặc là một phần của toà nhà. Thông thường, những địa điểm có lắp đặt điều hoà thường được thiết kế cửa kín, với những không gian mở do bị thất thoát khí ra bên ngoài sẽ làm giảm hiệu quả làm lạnh từ hệ thống điều hoà.

II.Các thành phần chính trong hệ thống HVAC

Các thành phần chính trong hệ thống HVAC gồm:

• Quạt có chức năng chính là lưu thông không khí.
• Đường ống cung cấp khí là luồng không khí từ quạt cung cấp cho điều hòa.
• Buồng khí hỗn hợp có nhiệm vụ nhận khí trong phòng và trộn nó với không khí bên ngoài.
• Phần bộ lọc để loại bỏ các bụi bẩn từ không khí hỗn hợp.
• Các thiết bị sưởi ấm phụ như lò khí đốt tự nhiên, nhiệt điện.
• Nén khí dùng để nén hơi lạnh và bơm chất làm lạnh xung quanh hệ thống.
• Ngưng có tác dụng để loại bỏ nhiệt từ hơi lạnh.
• Quạt dùng để lưu thông không khí bên ngoài.
• Bơm dùng để lưu thông nước qua bình ngưng làm mát bằng nước, máy bơm nước ngưng tụ, cung cấp nước ngưng tụ và ngược lại.
• Đối với hệ thống trung tâm, nước hoặc nồi hơi tương tư như một nguồn sưởi ấm trung tâm.
• Đối với hệ thống trung tâm, máy làm lạnh nước như nguồn làm mát trung tâm.
• Đối với hệ thống trung tâm, tháp giải nhiệt với bình ngưng có tác dụng làm mát bằng nước.
• Điều khiển dùng để bắt đầu, dừng lại, hoặc dùng để điều chỉnh dòng chảy của không khí, nước, hơi nước, chất làm lạnh và điện.

III.Các chức năng cốt lõi của hệ thống HVAC:

1. Kiểm soát vi sinh vật, các hạt trong không khí và bụi. 

Một hệ thống HVAC hoạt động phải chủ yếu kiểm soát bụi, được loại bỏ thông qua quá trình lọc. Bụi có thể là nguyên nhân gây ô nhiễm trong quá trình sản xuất nếu không được quan tâm. Các hạt trong không khí được tìm thấy trong không khí cũng có thể cản trở quá trình sản xuất và dẫn đến ô nhiễm. Vi sinh vật cũng là một mối đe dọa tiềm tàng đối với việc chế biến thành công dược phẩm vì môi trường trong nhà máy phải được vô trùng. Tất cả những thứ này được loại bỏ thông qua các hệ thống HEPA.

2. Duy trì nhiệt độ thích hợp trong không gian sản xuất.

Nhiệt độ là rất quan trọng trong bất kỳ ngành công nghiệp dược phẩm. nếu nhiệt độ không được kiểm soát tốt, nó có thể khiến vi khuẩn phát triển trong không gian hoặc trên công nhân, điều này có thể ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của họ.

3. Duy trì đúng áp suất trong phòng.

Trong ngành công nghiệp dược phẩm, có những khu vực và bề mặt phải được giữ sạch hơn mọi lúc. Những khu vực này, do đó, phải luôn được giữ ở áp lực tích cực. Các tầng không khí tại các khu vực này nên được nhiều hơn tại các khu vực mở. Hệ thống HVAC đảm bảo đạt được áp suất dương bằng cách giữ không khí cấp vào không gian nhiều hơn không khí thoát ra cùng một lúc. điều này đảm bảo rằng không có cơ hội hay không gian cho sự phát triển của vi sinh vật.

4. Duy trì độ ẩm tương đối.

Kiểm soát độ ẩm trong không gian sản xuất đạt được bằng cách lắp đặt máy hút ẩm hút ẩm. Có độ ẩm phù hợp trong không gian là chìa khóa để sản xuất thuốc ổn định. Độ ẩm tương đối chính xác thường là cần thiết để đảm bảo rằng máy dập viên hoạt động tốt.

IV.Nguyên lý hoạt động của hệ thống HVAC

Trong hệ thống HVAC có 3 loại khí: khí tươi, khí hồi lưu và khí thải.

Trong phòng sạch thông thường, có 80 – 90% lượng khí hồi lưu, 10 – 20 % lượng khí còn lại là khí tươi được lọc và cấp từ môi trường bên ngoài, điều này giúp đảm bảo lượng oxi cung cấp cho những người vận hành trong nhà máy.

Riêng đối với các phòng sạch sản xuất vac-xin, vi sinh đòi hỏi yêu cầu cao về độ sạch và giới hạn nhiễm khuẩn thì không khí trong phòng sạch được thay liên tục với 100% lượng khí trong phòng là khí tươi.

Hệ thống HVAC được vận hành theo nguyên lý sau:

• Khí tươi được lấy từ không khí, đi qua cụm khí đầu vào, sau đó đi qua AHU để được điều chỉnh độ ẩm áp suất cũng như lọc sơ bộ lượng tiểu phân có kích thước lớn trong khí tươi. Lượng khí tươi cấp vào được kiểm soát bằng van chỉnh gió.
• Khí tươi sau khi đi qua AHU được điều chỉnh nhiệt độ về khoảng 22 độ bằng heater.
• Cuối cùng khí tươi được lọc tinh qua màng lọc HEPA để loại bỏ các tiểu phân có kích thước nhỏ và vi khuẩn.
• 90% khí trong phòng được hồi lưu về AHU (khí hồi lưu) và cấp về phòng sạch, 10% còn loại thải ra môi trường. Đối với các phòng sản xuất thuốc độc, thuốc chứa hoạt chất nguy hiểm, trước khi không khí thải ra môi trường phải được xử lý để tránh gây ô nhiễm môi trường.

Phần kết luận

Lý do chính tại sao mỗi ngành công nghiệp dược phẩm, mỹ phẩm, điện tử luôn muốn có một hệ thống HVAC hoạt động là để đảm bảo rằng chất lượng của các sản phẩm họ sản xuất ra đều đạ tieu chuẩn. Ngoài ra, quy trình sản xuất đôi khi bao gồm phát thải các sản phẩm phụ có hại như khí CO2, CO,NO2... Điều này được kiểm soát bởi các hệ thống thông gió thích hợp. Với ý nghĩ đó, chúng ta có thể nói rằng các hệ thống HVAC đang hoạt động là một phần của việc nâng cao sức khỏe và sự an toàn mà các nhà khai thác.