Điều hòa không khí – Wikipedia tiếng Việt

Thiết bị điều hòa bên ngoài một nhà ở . Điều hòa trong phòng

Điều hòa không khí hay điều hòa nhiệt độ (tiếng Anh: Air conditioning, thường viết tắt là AC hoặc A/C) là quá trình loại bỏ nhiệt và độ ẩm trong không gian trong nhà để cải thiện sự thoải mái cho người sử dụng. Máy điều hòa có thể được sử dụng trong quy mô gia dụng và thương mại. Ứng dụng phổ biến nhất của quá trình điều hòa là nhằm tăng sự tiện nghi, thoải mái của môi trường, thường dành cho con người và các động vật khác; tuy nhiên, điều hòa không khí cũng được sử dụng để làm mát và khử ẩm cho các phòng chứa thiết bị điện tử sinh nhiệt, như máy chủ máy tính, bộ khuếch đại, và để trưng bày, lưu trữ một số sản phẩm cần được bảo quản cẩn thận, như các tác phẩm nghệ thuật.

Trong cấu tạo của máy điều hòa không khí thường có quạt để phân phối không khí điều hòa đến một không gian kín khác, như tòa nhà hoặc xe hơi, để cải thiện sự thoải mái nhiệt và chất lượng không khí trong không gian kín đó. Các loại thiết bị điều hòa không khí điện sử dụng môi chất lạnh rất đa dạng, bao gồm từ các thiết bị nhỏ có thể làm mát một phòng ngủ, với trọng lượng mà một người trưởng thành có thể di chuyển được, đến các thiết bị lớn hơn được lắp đặt trên tầng mái của các tòa tháp văn phòng và có khả năng làm mát toàn bộ tòa nhà. Thông thường, quá trình giải nhiệt được thực hiện nhờ vào chu trình làm lạnh, nhưng đôi khi sử dụng hệ thống làm mát thụ động như quá trình giải nhiệt bay hơi hoặc giải nhiệt tự do. Hệ thống điều hòa không khí cũng có thể hoạt động nhờ chất hút ẩm (là loại hóa chất loại bỏ hơi ẩm trong không khí). Một số hệ thống điều hòa không khí còn có thể thải nhiệt hoặc lưu trữ nhiệt trong các đường ống ngầm.[1][2]

Trong lĩnh vực xây dựng, một hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí hoàn chỉnh được gọi là hệ thống HVAC. Tính đến năm 2018, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), 1,6 tỷ thiết bị điều hòa không khí đã được lắp đặt và dự kiến sẽ tăng thành 5,6 tỷ thiết bị vào năm 2050.[3][4] Trên toàn cầu, hiện nay, hệ thống điều hòa không khí chiếm 1⁄5 tổng năng lượng sử dụng trong các tòa nhà và việc sử dụng điều hòa không khí ngày càng tăng này sẽ thúc đẩy đáng kể nhu cầu sử dụng năng lượng.[3] Do vậy, vào năm 2018, Liên Hợp Quốc đã kêu gọi cần cải tiến công nghệ trở nên bền vững hơn nhằm giảm thiểu biến đổi khí hậu. Làm lạnh thụ động và thông gió thụ động là kỹ thuật điều hòa không khí không sử dụng nguồn điện bên ngoài; bao gồm các thiết bị như cột hứng gió, tháp giải nhiệt bay hơi, cửa chớp che bóng chọn lọc (selective shading louvre), chúng có công dụng bổ trợ luồng không khí và sử dụng nhiệt dung của đất hoặc vữa xây.

Kỹ thuật làm mát thụ động[sửa|sửa mã nguồn]

windcatcher) ngắn dùng trong kiến trúc kiểu truyền thống; gió bị đẩy xuống ở phía đầu hướng gió và thổi ra ở phía cuối hướng gió (thiết kế kiểu thông gió ngang[a]). Trong trường hợp tĩnh gió, quá trình lưu thông không khí có thể được điều khiển nhờ hệ thống làm mát bay hơi ở đầu vào (cũng đồng thời dùng để hứng bụi). Ở trung tâm tòa nhà, một shuksheika (cửa thông gió giếng trời), được sử dụng để che bóng cho qa’a (sảnh chờ kiểu Hồi giáo) bên dưới đồng thời cho phép không khí nóng bốc lên ([5]Một cột hứng gió ( ) ngắn dùng trong kiến trúc kiểu truyền thống lịch sử ; gió bị đẩy xuống ở phía đầu hướng gió và thổi ra ở phía cuối hướng gió ( phong cách thiết kế kiểu thông gió ngang ). Trong trường hợp tĩnh gió, quy trình lưu thông không khí hoàn toàn có thể được điều khiển và tinh chỉnh nhờ mạng lưới hệ thống làm mát bay hơi ở đầu vào ( cũng đồng thời dùng để hứng bụi ). Ở TT tòa nhà, một ( cửa thông gió giếng trời ), được sử dụng để che bóng cho ( sảnh chờ kiểu Hồi giáo ) bên dưới đồng thời được cho phép không khí nóng bốc lên ( hiệu ứng ống khói ) .

Phương pháp điều hòa không khí đã Open từ thời tiền sử. Các tòa nhà Ai Cập cổ đại sử dụng nhiều loại kỹ thuật điều hòa không khí thụ động để làm mát. [ 5 ] Những kỹ thuật này sau đó đã trở nên phổ cập từ Bán đảo Iberia đến Bắc Phi, Trung Đông và Bắc Ấn Độ. [ 6 ]Kỹ thuật làm mát thụ động vẫn phổ cập cho đến thế kỷ 20, khi đó kỹ thuật này không còn hợp thời và được thay thế sửa chữa bằng giải pháp điều hòa bằng điện. Nhờ vào những nghiên cứu và điều tra kỹ thuật của những tòa nhà kiểu truyền thống cuội nguồn trước đây, phong cách thiết kế thụ động đang dần được hồi sinh và sửa đổi để tương thích với phong cách thiết kế kiến trúc thế kỷ 21. [ 6 ] [ 7 ]

Những tòa nhà sử dụng thiết kế thụ động thường ít tốn kém hơn so với những tòa nhà sử dụng hệ thống HVAC thông thường, đồng thời chi phí bảo trì cũng thấp hơn.[8] Mặc dù kỹ thuật thụ động có thể giúp đạt được hàng chục lần trao đổi không khí mỗi giờ (air changes per hour – ACH) và giảm nhiệt độ hàng chục độ, nhưng khi đó phải tính toán đến điều kiện vi khí hậu tại địa điểm cụ thể, gây phức tạp hơn cho việc thiết kế tòa nhà.[6] Các hệ thống làm mát thụ động hầu như không gây ra tiếng ồn[8] (ngoại trừ hệ thống làm mát Salsabil).

ice house) ở Moggerhanger, Bedfordshire, Một ngôi nhà trữ băng ( ) ở Moggerhanger, Bedfordshire, Anh quốcTrong điều kiện kèm theo khí hậu khô nóng, hoàn toàn có thể tạo ra hiệu ứng làm mát bay hơi bằng cách đặt nước ở cửa hút gió, sao cho gió thổi qua mặt nước và thổi vào nhà. Vì nguyên do này, nhiều lúc người ta nói rằng đài phun nước trong kiến trúc khí hậu nóng khô, giống như lò sưởi trong kiến trúc của khí hậu lạnh. [ 5 ] Làm mát bằng bay hơi cũng giúp tăng nhiệt độ cho không khí, hữu dụng trong điều kiện kèm theo khí hậu sa mạc khô hạn .Con người cảm thấy mát hơn khi không khí hoạt động so với khi ở trong không khí tĩnh ở cùng nhiệt độ, chính do gió lùa phá vỡ vùng ranh giới không khí ấm và giúp làm bay hơi mồ hôi. Do đó, những kỹ thuật điều khiển và tinh chỉnh luồng không khí liên tục rất phổ cập, như chiêu thức làm mát bay hơi, chớp gió che tinh lọc, gió, đối lưu nhiệt và tích trữ nhiệt, hoàn toàn có thể được sử dụng để tạo ra sự chênh lệch áp suất và giúp tuần hoàn không khí .Ở những khu vực lạnh vào đêm hôm hoặc một số ít nơi vào mùa đông, người ta vận dụng giải pháp trữ nhiệt. Nhiệt hoàn toàn có thể được giữ trong đất hoặc vữa gạch xây ; không khí được hút qua khối vữa gạch xây để làm nóng hoặc làm mát nó. [ 7 ]

Ở những khu vực mà nhiệt độ ban đêm xuống dưới điểm đông vào mùa đông, người ta thu thập và trữ tuyết, băng trong nhà trữ băng (ice house) để sử dụng sau này khi cần làm mát.[7] Kỹ thuật này đã có hơn 3.700 năm tuổi ở Trung Đông.[9] Vào đầu thế kỷ XVII, những người châu Âu giàu có đã bắt đầu thực hiện việc thu hoạch băng ngoài trời trong mùa đông rồi vận chuyển và lưu trữ để sử dụng vào mùa hè[10]; sau đó, phương pháp này dần trở nên phổ biến ở châu Âu và châu Mỹ vào cuối thế kỷ XVII.[11] Phương pháp này sau đó đã được thay thế bằng máy làm đá chu trình nén cơ học (xem bên dưới).

Hệ thống làm mát chạy bằng nước và sức người[sửa|sửa mã nguồn]

Quạt tay đã Open từ thời cổ đại. [ 12 ] [ 13 ] Những chiếc quạt lớn chạy bằng sức người đã được phong cách thiết kế sử dụng trong nhà, như quạt punkah của Ấn Độ. [ 14 ]

Nhà phát minh người Trung Quốc Đinh Hoãn (Ding Huan, phồn thể: 丁緩) thời nhà Hán ở thế kỷ thứ II sau CN đã phát minh ra một chiếc quạt quay để điều hòa không khí, có bảy bánh xe đường kính 3 m và vận hành bởi những tù nhân.[15] Vào năm 747, Hoàng đế Đường Huyền Tông (712–762) của nhà Đường (618–907) cho xây dựng Lương Điện (nghĩa là cung điện mát lạnh, phồn thể: 涼殿) trong hoàng cung, mà Đường Ngữ Lâm (唐語林) mô tả là có bánh xe quạt chạy bằng sức nước giúp điều hòa không khí và có dòng nước phun lên từ đài phun nước. Trong thời nhà Tống sau đó (960–1279), nhiều nguồn tài liệu đã đề cập rằng quạt quay làm mát không khí thậm chí còn được sử dụng rộng rãi hơn.[16]

Kỹ thuật làm lạnh bằng hiện tượng kỳ lạ chuyển pha[sửa|sửa mã nguồn]

Sự chuyển pha dưới nhiệt độ mong ước hoàn toàn có thể được ứng dụng để làm lạnh đến nhiệt độ đó. Ứng dụng truyền kiếp nhất của giải pháp này là hiện tượng kỳ lạ tan băng ( chuyển từ pha rắn thành pha lỏng của nước ), nhưng người ta cũng thực thi thử nghiệm với những chất khác có nhiệt độ chuyển pha thấp hơn nước. Những môi chất làm lạnh được điều tra và nghiên cứu từ sớm này, về cơ bản, cũng là một dạng trữ nhiệt ; trong quy trình làm mát, những môi chất lạnh này được tiêu thụ hết ( thu nhiệt từ môi trường tự nhiên ) và, sau đó, cần phải được làm mát lại khi nhiệt độ ngoài trời được cho phép .

Một phương pháp làm lạnh nước đá đến nhiệt độ thấp hơn điểm đóng băng của nước được thực hiện bằng cách trộn nước đá với kali nitrat (thời điểm đó được gọi là “nitre“) được mô tả trong cuốn sách xuất bản năm 1558, Natural Magic (Phép thuật tự nhiên),[10] viết bởi nhà khoa học thực nghiệm Giambattista della Porta.[17][18] Giambattista della Porta cho rằng ông có trách nhiệm phải công khai những khám phá khoa học của mình và giải thích những hiện tượng “ma thuật” bằng cách sử dụng các quy luật tự nhiên;[18] tuy nhiên, nhà phát minh người Hà Lan, Cornelis Drebbel, tự cho rằng mình là một nhà ảo thuật và giữ bí mật những tác phẩm biểu diễn của mình. Năm 1620, ông trình diễn màn ảo thuật “Biến mùa hè thành mùa đông” cho vua James I của Anh,[19] làm lạnh một phần của Đại sảnh đường Tu viện Westminster với một hệ thống gồm máng và thùng. Francis Bacon, người đương thời với Drebbel, giống như della Porta, vốn là một người tin tưởng vào việc truyền bá kiến thức khoa học, có thể đã không có mặt tại cuộc biểu diễn ảo thuật của Drebbel, nhưng trong cuốn sách xuất bản vào cuối năm đó, ông đã mô tả cuộc biểu diễn đó là một “thí nghiệm về hiện tượng đông lạnh nhân tạo”.[10]

Năm 1758, Benjamin Franklin cùng với John Hadley, một giáo sư hóa học tại Đại học Cambridge, đã thực thi một thí nghiệm để tò mò nguyên tắc bay hơi nhằm mục đích làm lạnh nhanh một vật thể. Franklin và Hadley xác nhận rằng sự bay hơi của những chất lỏng dễ bay hơi ( như cồn và ete ) hoàn toàn có thể được sử dụng để làm giảm nhiệt độ của một vật thể đến nhiệt độ thấp hơn điểm ngừng hoạt động của nước. Họ đã sử dụng bầu nhiệt kế thủy ngân làm đối tượng người tiêu dùng nghiên cứu và điều tra thí nghiệm và dùng một ống thổi để tăng cường sự bay hơi. Họ hạ nhiệt độ của bầu nhiệt kế xuống − 14 °C trong khi nhiệt độ thiên nhiên và môi trường là 18 °C. Franklin quan tâm rằng ngay sau khi họ hạ nhiệt độ qua điểm ngừng hoạt động của nước ( 0 °C ), một lớp băng mỏng dính hình thành trên mặt phẳng bầu của nhiệt kế và khi họ dừng thí nghiệm ở nhiệt độ − 14 °C, khối băng dày khoảng chừng 6 mm. Franklin Tóm lại : ” Từ thí nghiệm này, ta hoàn toàn có thể thấy năng lực giết một người đàn ông bằng cách ngừng hoạt động người đó giữa một ngày hè ấm cúng. ” [ 20 ]

Kỹ thuật làm lạnh cơ học[sửa|sửa mã nguồn]

3 ⁄ 4) máy làm nước đá của John GorrieMẫu quy mô ( size ) máy làm nước đá của John Gorrie

Quá trình truyền nhiệt từ nguồn nhiệt độ cao sang vùng nhiệt độ thấp là quá trình xảy ra tự nhiên và không cần dùng đến thiết bị đặc biệt để thực hiện. Tuy nhiên, quy trình ngược lại (truyền nhiệt từ vùng có nhiệt độ thấp sang vùng có nhiệt độ cao) không thể thực hiện được nếu không có công tác động từ bên ngoài, được sinh ra nhờ thiết bị làm lạnh. Môi chất lạnh được tuần hoàn bên trong thiết bị làm lạnh qua bốn giai đoạn gồm nén hơi, ngưng tụ, giãn nở, và bay hơi. Quá trình truyền nhiệt của môi chất lạnh được thực hiện nhờ quá trình cơ học, được gọi là làm lạnh nén hơi (vapor compression refrigeration).[21][22]

Năm 1820, nhà khoa học và nhà ý tưởng người Anh Michael Faraday phát hiện ra rằng việc nén và hóa lỏng amonia hoàn toàn có thể làm lạnh không khí khi dung dịch amonia bay hơi. [ 23 ] Đến năm 1842, John Gorrie, một bác sĩ người Mỹ ở Florida, Hoa Kỳ, đã phong cách thiết kế và sản xuất một thiết bị làm mát không khí để điều trị bệnh nhân sốt vàng da. Nguyên tắc cơ bản của ông — khí được nén dưới áp suất, rồi được làm lạnh bằng cách dẫn qua những cuộn dây tỏa nhiệt bức xạ, và sau đó, khí co và giãn thể tích để hạ nhiệt độ xuống — là nguyên tắc thường được sử dụng trong tủ lạnh thời nay. Ông được cấp bằng bản quyền sáng tạo tiên phong của Hoa Kỳ về làm lạnh cơ học vào năm 1851. [ 23 ] [ 24 ]

Kỹ thuật làm lạnh bằng điện[sửa|sửa mã nguồn]

Nhà phát minh người Mỹ Willis H. Carrier thường được ghi nhận là người đầu tiên phát minh ra hệ thống điều hòa không khí điện hiện đại và mở đầu ngành công nghiệp này.[25][26][27][28] Sau khi tốt nghiệp Đại học Cornell, Carrier làm việc tại Công ty Buffalo Forge. Tại đây, ông bắt đầu thử nghiệm điều hòa không khí nhằm giải quyết một vấn đề cho Công ty Quang khắc và Xuất bản Sackett-Wilhelms (Sackett-Wilhelms Lithographing and Publishing Company) ở Brooklyn, New York. Khi đó, độ ẩm không khí thay đổi làm thay đổi kích thước những cuộn giấy in và dẫn đến việc in mực không còn chính xác. Máy lạnh do Carrie thiết kế hoạt động bằng cách thổi không khí qua các giàn ống lạnh để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong phòng, giữ cho giấy không bị thay đổi kích thước và chất lượng in được cải thiện.[23][29] Máy điều hòa không khí đầu tiên, được thiết kế và chế tạo bởi Carrier, bắt đầu vận hành lần đầu tiên vào ngày 17 tháng 7 năm 1902.[29]

Năm 1906, Stuart Cramer, một kỹ sư dệt ở Bắc Carolina, tạo ra một thiết bị thông gió có năng lực bổ trợ hơi nước vào không khí tại những xí nghiệp sản xuất dệt. Độ ẩm giúp sợi dễ quay hơn và ít bị đứt hơn. Cramer được xem là người tiên phong đặt tên quy trình này là ” điều hòa không khí “. [ 23 ] [ 30 ]Đến năm 1914, Charles Gates, một triệu phú ở thành phố Minneapolis, là người sử dụng điều hòa nhiệt độ tại nhà riêng tiên phong. [ 23 ] [ 29 ] Năm 1945, Robert Sherman ở thành phố Lynn, bang Massachusetts đã ý tưởng ra máy điều hòa không khí di động gắn hành lang cửa số dùng để làm mát, sưởi ấm, làm ẩm, hút ẩm và lọc không khí. [ 31 ] Vào năm 1947, học giả người Anh, S.F. Markham viết rằng, ” Máy điều hòa không khí là thứ góp phần to lớn nhất vào nền văn minh trong thế kỷ này – và Hoa Kỳ là nước đang đứng vị trí số 1 về nghành này. ” [ 23 ]Vào cuối những năm 1960, hầu hết những ngôi nhà dân cư mới thiết kế xây dựng ở Hoa Kỳ đều sử dụng máy lạnh TT. Vào khoảng chừng thời hạn này, thiết bị điều hòa không khí dạng hộp cũng dần trở nên rẻ hơn, dẫn đến sự ngày càng tăng dân số ở những bang Florida và Arizona. Tính đến năm năm ngoái, gần 100 triệu ngôi nhà hoặc khoảng chừng 87 % hộ mái ấm gia đình Hoa Kỳ đã lắp ráp mạng lưới hệ thống điều hòa không khí. [ 32 ]

Sự tăng trưởng của máy lạnh[sửa|sửa mã nguồn]

Những máy điều hòa không khí và tủ lạnh tiên phong sử dụng những môi chất lạnh vốn là những khí độc hoặc dễ cháy, ví dụ điển hình như amonia, metyl chloride hoặc propan, hoàn toàn có thể dẫn đến tai nạn thương tâm chết người khi chúng bị rò rỉ. Thomas Midgley, Jr., một nhân viên cấp dưới của công ty Frigidaire thuộc hãng GM, đã tạo ra khí Freon ( R-12 ), là loại khí chlorofluorocarbon không cháy, không ô nhiễm tiên phong, vào năm 1928. [ 33 ] [ 34 ] Freon là tên thương hiệu thuộc chiếm hữu của hãng hóa chất DuPont cho những loại môi chất lạnh như chlorofluorocarbon ( CFC ), hydrochlorofluorocarbon [ 35 ] ( HCFC ), hoặc hydrofluorocarbon ( HFC ). Trong tên chất làm lạnh, thường thì có thêm một số ít cho biết thành phần phân tử ( ví dụ, R-11, R-12, R-22, R-134A ). Hỗn hợp được sử dụng nhiều nhất trong việc làm mát trực tiếp cho nhà ở và những tòa nhà là hợp chất thuộc nhóm HCFC được gọi là chlorodifluoromethane ( R-22 ) .Dichlorodifluoromethane ( R-12 ) là hỗn hợp thông dụng nhất được sử dụng trong xe hơi ở Hoa Kỳ cho đến năm 1994, khi hầu hết những mẫu xe sau đó biến hóa thành R-134A do R-12 có năng lực làm suy giảm tầng ozone. [ 36 ] R-11 và R-12 không còn được sản xuất ở Hoa Kỳ cho mục tiêu sử dụng này, nhưng vẫn được nhập khẩu và hoàn toàn có thể được mua và sử dụng bởi những kỹ thuật viên HVAC .Hiện nay, người ta đã tăng trưởng những chất làm lạnh vốn bảo đảm an toàn với môi trường tự nhiên hơn những chất làm lạnh gốc chlorofluorocarbon được sử dụng vào đầu và giữa thế kỷ XX. Nhóm môi chất lạnh HCFC đang dần bị vô hiệu theo Nghị định thư Montreal và được thay thế sửa chữa bằng những chất HFC như R-410A, vốn không chứa clo trong phân tử. [ 37 ] Tuy nhiên, nhóm môi chất lạnh HFC lại góp thêm phần gây ra những yếu tố biến hóa khí hậu. Hơn nữa, những chủ trương và sự ảnh hưởng tác động chính trị của những công ty ra sức chống lại sự đổi khác này. [ 38 ] [ 39 ]Năm 1995, ở Đức, những thiết bị làm lạnh sử dụng môi chất CFC bị xem là phạm pháp. [ 40 ] Vào năm 2011, EPA đã quyết định hành động ủng hộ chất làm lạnh bảo đảm an toàn với ozone và khí hậu cho nghành nghề dịch vụ sản xuất của Hoa Kỳ. [ 41 ] [ 42 ] Các HFC như R-404a, R-134a và R-410a, kể từ năm 2020, sẽ được sửa chữa thay thế bằng HFO và chất làm lạnh hydrocarbon như R-1234ze trong những thiết bị làm lạnh cho mạng lưới hệ thống lạnh và điều hòa không khí thương mại, [ 43 ] R-1234yf trong xe hơi, [ 44 ] R-32 trong khu dân cư điều hòa không khí sửa chữa thay thế R-22, [ 45 ] và CO2 ( R-744 ) trong làm lạnh thương mại. R-600 ( isobutane ) đã được sử dụng thoáng đãng trong điện lạnh gia dụng. [ 46 ]

Nguyên lý hoạt động giải trí[sửa|sửa mã nguồn]

Hệ thống làm lạnh nén hơi[sửa|sửa mã nguồn]

Sơ đồ miêu tả bốn thiết bị trong quy trình làm lạnh nén hơi : 1 ) Giàn ngưng tụ, 2 ) Van co và giãn nhiệt, 3 ) Giàn bay hơi, 4 ) Máy nén .Trong mạng lưới hệ thống làm lạnh nén hơi, môi chất lạnh, như Freon, được tuần hoàn trong mạng lưới hệ thống những thiết bị và đường ống để trao đổi nhiệt dựa trên sự đổi khác về trạng thái. Có bốn quy trình tiến độ chính trong chu kỳ luân hồi làm lạnh nén hơi, được bộc lộ trong hình minh họa .

Giai đoạn ngưng tụ: Môi chất sau khi rời khỏi máy nén đang ở trạng thái hơi có nhiệt độ và áp suất cao. Môi chất đi vào thiết bị trao đổi nhiệt gọi là giàn ngưng tụ (condenser). Tại giàn ngưng, môi chất truyền nhiệt năng sang một chất tải nhiệt khác như không khí hoặc nước lúc này đang có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của môi chất. Hơi môi chất bị mất nhiệt và ngưng tụ thành dạng lỏng.
Giai đoạn giãn nở: Môi chất đang ở trạng thái lỏng có áp suất và nhiệt độ cao, đi qua một thiết bị tiết lưu, gọi là van giãn nở nhiệt (thermal expansion valve). Môi chất giảm áp suất khi đi qua van giãn nở; một phần môi chất lỏng lập tức hóa hơi và giảm nhiệt độ.
Giai đoạn bay hơi: Môi chất đi qua một thiết bị trao đổi nhiệt gọi là giàn bay hơi (evaporator) bao gồm nhiều cuộn ống xoắn. Môi chất chuyển trạng thái từ lỏng sang hơi, đồng thời thu nhiệt từ môi trường, tạo hiệu ứng làm lạnh.
Giai đoạn nén hơi: Sau khi ra khỏi giàn bay hơi, môi chất đang ở trạng thái hơi có nhiệt độ và áp suất thấp. Môi chất được hút vào máy nén (compressor), tăng áp suất và nhiệt độ. Sau đó, môi chất lặp lại chu trình tuần hoàn.[47][48]

Bơm nhiệt (heat pump) thật ra là một hệ thống làm lạnh có thể dùng cho mục đích làm lạnh và sưởi ấm. Do vậy, bơm nhiệt có thể được sử dụng trong cả mùa hè và mùa đông. Vào mùa hè, môi chất tuần hoàn theo chu trình làm lạnh nén hơi thông thường, với giàn ống xoắn trong phòng hoạt động như giàn bay hơi (thu nhiệt), còn giàn ống xoắn bên ngoài phòng hoạt động như giàn ngưng tụ (tỏa nhiệt ra môi trường). Ngược lại, vào mùa đông, môi chất tuần hoàn theo chiều ngược lại, với giàn ống xoắn trong phòng lúc này là giàn ngưng tụ (tỏa nhiệt) giúp sưởi ấm phòng. Dòng chảy môi chất tải nhiệt được đảo ngược nhờ vào một thiết bị gọi là van đảo chiều (reversing valve). Ưu điểm của hệ thống bơm nhiệt là nó có thể cung cấp tính năng làm lạnh hoặc sưởi ấm trong cùng một hệ thống, không cần phải thay đổi quá nhiều thiết bị.[49]

Làm lạnh bay hơi[sửa|sửa mã nguồn]

Máy lạnh bay hơiQuá trình làm mát bay hơi là giải pháp rất hiệu suất cao trong điều kiện kèm theo khí hậu khô nóng, nhằm mục đích giúp giảm nhiệt độ của không khí lưu thông từ bên ngoài vào nhà. [ 50 ] [ 51 ] Kỹ thuật làm mát bay hơi thường được chia thành hai loại chính : làm mát bay hơi trực tiếp và gián tiếp. Phương pháp trực tiếp hoạt động giải trí trên nguyên tắc thổi hơi ẩm vào không khí, làm giảm nhiệt độ ở điều kiện kèm theo gần đẳng enthalpy. Phương pháp này thường thì đủ cho nhu yếu làm mát ở những vùng khô nóng. Tuy nhiên, ở những vùng khí hậu ẩm, việc tăng nhiệt độ không khí hoàn toàn có thể khiến người sử dụng cảm thấy không tự do. Phương pháp gián tiếp sử dụng hiệu ứng bay hơi để làm mát mặt phẳng tiếp xúc, như những ống xoắn trao đổi nhiệt, sau đó những mặt phẳng này giúp làm mát không khí. Nhờ hiệu suất cao giảm nhiệt độ và enthalpy trong không khí, giàn lạnh bay hơi gián tiếp hoàn toàn có thể hiệu suất cao trong hầu hết những điều kiện kèm theo nhiệt độ. [ 52 ]

Kiểm soát nhiệt độ[sửa|sửa mã nguồn]

Cơ thể người được làm mát tự nhiên nhờ việc đổ mồ hôi ; khi đó, mồ hôi bay hơi từ da, giảm nhiệt độ làm cho khung hình cảm thấy thoáng mát hơn ở cùng nhiệt độ không khí. Máy điều hòa không khí được dùng cho hoạt động và sinh hoạt thường sẽ đạt được độ ẩm tương đối từ 30 % đến 60 %. [ 53 ] Mục đích của việc giảm ẩm không khí là nhằm mục đích rút một phần hơi ẩm trong không khí, từ đó làm giảm dung ẩm của không khí. [ 54 ]Có bốn phương pháp đa phần để làm giảm ẩm ( làm khô ) không khí : giải pháp làm khô bằng dàn lạnh, bằng buồng phun, bằng máy hút ẩm, và bằng hóa chất .Hai giải pháp tiên phong — chiêu thức làm khô bằng dàn lạnh và làm lạnh bằng buồng phun — hoạt động giải trí dựa trên nguyên tắc làm giảm nhiệt độ không khí xuống dưới điểm sương, từ đó hơi nước được ngưng tụ và tách khỏi không khí. Phương pháp tiên phong được triển khai bằng cách dẫn không khí cần làm khô đi qua dàn lạnh, mặt phẳng thiết bị được giảm nhiệt độ dưới điểm sương không khí, làm hơi nước ngưng kết trên mặt phẳng thiết bị. Với giải pháp làm khô bằng buồng phun, không khí được phun nước lạnh trực tiếp ; nhiệt độ nước lạnh thấp hơn điểm sương không khí, nước được ngưng tụ lại trên mặt phẳng những giọt nước. Lúc này, những giọt nước đóng vai trò mặt phẳng ngưng kết hơi nước. [ 55 ]Phương pháp thứ ba là quy trình làm khô bằng máy hút ẩm. Trong máy hút ẩm, không khí đi qua hai tiến trình gồm dàn lạnh và dàn ngưng ( dàn nóng ). Khi đi qua dàn lạnh, không khí được làm lạnh và làm khô một phần, hơi ẩm trong không khí được ngưng kết một phần rớt xuống bể hứng. Sau đó, không khí đi qua dàn ngưng để thực thi quy trình gia nhiệt đẳng dung ẩm làm nhiệt độ giảm xuống thêm nữa. [ 55 ]

Phương pháp cuối cùng là làm khô bằng chất hút ẩm (desiccant). Chất hút ẩm là những hóa chất có ái lực cao với nước, có khả năng gắn kết và giữ những phân tử nước. Có hai quá trình chính xảy ra khi sử dụng chất hút ẩm để làm khô không khí: quá trình hấp thu (khi có phản ứng hóa học xảy ra) và quá trình hấp phụ (khi không xảy ra phản ứng hóa học). Chất hút ẩm có hai dạng là ở thể rắn và thể lỏng. Quá trình hấp thu (hay hấp thụ) xảy ra với chất hút ẩm dạng lỏng; còn ở chất hút ẩm dạng rắn, quá trình hấp phụ sẽ diễn ra, các phân tử nước sẽ được giữ lại trên bề mặt rất lớn của chất hấp phụ. Chất hút ẩm dạng lỏng thường được sử dụng là dung dịch muối calci chloride (CaCl

2), lithi chloride (LiCl), lithi bromide (LiBr),[b] và triethylene glycol (TEG). Chất hút ẩm dạng rắn thường gặp là silica gel, zeolit, nhôm hoạt tính, và than hoạt tính.[56]

Việc phân loại mạng lưới hệ thống điều hòa không khí rất phức tạp vì chúng quá phong phú về công suất và ứng dụng trong nhiều điều kiện kèm theo, mục tiêu sử dụng khác nhau. Người ta hoàn toàn có thể phân loại mạng lưới hệ thống điều hòa không khí theo những tiêu chuẩn như phân loại theo mục tiêu sử dụng, tính tập trung chuyên sâu ( cục bộ hoặc TT ), phương pháp làm lạnh ( trực tiếp hoặc gián tiếp ), hiệu suất lạnh ( đơn vị chức năng kW hoặc BTU / h ), [ 57 ] môi chất làm lạnh ( nước hoặc không khí ), năng lực giải quyết và xử lý ( một chiều lạnh hoặc hai chiều nóng – lạnh ) … [ 58 ]

Máy điều hòa hành lang cửa số[sửa|sửa mã nguồn]

Máy điều hòa hành lang cửa số Cấu tạo và cách hoạt động giải trí của máy điều hòa hành lang cửa số

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.[59] 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),[60] đủ làm mát diện tích phòng tối đa khoảng 60 mét vuông (650 foot vuông).[61]

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).[60]

Máy điều hòa hành lang cửa số 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 hòn đảo chiều được 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 tính năng làm mát. Vào mùa đông, dàn lạnh lại ở bên ngoài và dàn nóng trong phòng, lúc này máy chạy ở chính sách bơm nhiệt ( đã diễn đạt ở phần trên ) và có tính năng sưởi ấm. [ 62 ] [ 63 ]Máy điều hòa hành lang cửa số được ý tưởng tiên phong bởi H.H. Schultz and J.Q. Sherman vào năm 1931 nhưng giá tiền của loại này rất đắt vào thời đó ( tương tự 120.000 đến 600.000 USD ngày này cho một máy điều hòa ) [ 23 ] nên không được sử dụng phổ cập. [ 32 ] Tuy nhiên, loại máy điều hòa hành lang cửa số có phong cách thiết kế nhỏ gọn giống với thời nay có tên là ” Thorne Room Air Conditioner “, [ 64 ] được ý tưởng sản xuất bởi hãng Thorne Motor Corporation. [ 65 ] [ 66 ] Kỹ sư Henry Galson sau đó đã nâng cấp cải tiến máy điều hòa hành lang cửa số để ngày càng nhỏ gọn và rẻ hơn ; đến năm 1947, khoảng chừng 43.000 máy điều hòa hành lang cửa số đã được bán ra và nhiều người hoàn toàn có thể thuận tiện chiếm hữu loại thiết bị này. [ 32 ]Ưu điểm của máy điều hòa hành lang cửa số là gọn, dễ lắp ráp và quản lý và vận hành, giá tiền rẻ ( do ít tốn ngân sách thiết bị ống dẫn và nhân công lắp ráp ), tiết kiệm ngân sách và chi phí nguồn năng lượng ( thông số lạnh cao [ c ] ). [ 68 ] Nhược điểm của loại máy điều hòa này là hiệu suất lạnh nhỏ ( dưới 24.000 BTU / h ), giảm tính mỹ quan cho phong cách thiết kế khu công trình, bị số lượng giới hạn về vị trí sử dụng ( chỉ vận dụng cho tường bao bên ngoài, không hề dùng cho những phòng nằm sâu trong khu công trình ). [ 69 ]

Hệ thống điều hòa kiểu rời[sửa|sửa mã nguồn]

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”,[70] “máy điều hòa hai hoặc nhiều cụm”.[71] 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.[72] 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 TT[sửa|sửa mã nguồn]

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”[73] (rooftop unit – RTU) hoặc “máy điều hòa nguyên cụm lắp mái”[74] (packaged rooftop unit).[75]

Hệ thống điều hòa hai cụm[sửa|sửa mã nguồn]

Dàn nóng ( dàn ngưng ) của một mạng lưới hệ thống điều hòa hai cụm không ống gió, được đặt ngoài trờiDàn lạnh ( dàn bay hơi ) kiểu gắn tường của một mạng lưới hệ thống điều hòa hai cụm không ống gió, được đặt trong nhà

Hệ thống điều hòa hai cụm không ống gió (ductless mini-split system), hay còn gọi là “máy điều hòa hai mảnh”,[70] “máy điều hòa phòng hai cụm” (split room air conditioner),[71] 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.[76][77][78]

Cũng giống như mạng lưới hệ thống điều hòa TT, mạng lưới hệ thống điều hòa hai cụm cũng gồm có dàn nóng đặt bên ngoài và dàn lạnh đặt trong phòng. Ưu điểm của mạng lưới hệ thống hai cụm là phong cách thiết kế nhỏ gọn và hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ khác nhau cho từng phòng riêng không liên quan gì đến nhau. Ngoài ra, do không có đường ống gió, cũng giúp giảm thất thoát nhiệt so với mạng lưới hệ thống TT. Hệ thống điều hòa hai cụm còn có ưu điểm là có nhiều mẫu mã dàn lạnh khác nhau tùy vào nhu yếu phong cách thiết kế khu công trình, gồm có loại đặt sàn, treo tường, hoặc áp trần. [ 79 ] Với mạng lưới hệ thống hai cụm, dàn lạnh đặt trong nhà giúp dễ bảo dưỡng hơn và không chịu ảnh hưởng tác động của thời tiết. Dàn nóng, chứa máy nén, đặt ngoài trời, không gây tác động ảnh hưởng tiếng ồn đến khoảng trống sử dụng. [ 80 ] Nhược điểm hầu hết của máy điều hòa hai cụm là ngân sách quản lý và vận hành cao, thường thì tốn khoảng chừng từ 1.500 đến 2 nghìn USD cho mỗi tấn lạnh Mỹ ( tương tự 12.000 BTU / h ), cao hơn 30 % so với mạng lưới hệ thống điều hòa TT. [ 79 ] Công suất của mạng lưới 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 tác động ảnh hưởng mỹ quan của khu công trình kiến trúc. [ 81 ]

Hệ thống điều hòa nhiều cụm[sửa|sửa mã nguồn]

Dàn lạnh kiểu âm trần cassette

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).[82]

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).[83][84]

Hệ thống điều hòa nhiều cụm có những ưu điểm giống với mạng lưới hệ thống hai cụm như năng lực kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ khác nhau cho những phòng riêng không liên quan gì đến nhau và hoàn toàn có thể lắp ráp nhiều mẫu mã dàn lạnh khác nhau. Ngoài ra, mạng lưới hệ thống điều hòa ghép còn có ưu điểm như giảm số lượng dàn nóng giúp tăng mỹ quan khu công trình, đồng thời sử dụng chung điện nguồn giúp giảm ngân sách lắp ráp. [ 85 ]

Hệ thống điều hòa TT nước[sửa|sửa mã nguồn]

Bài cụ thể : Chiller Một cụm máy lạnh chiller giải nhiệt nước Hệ thống điều hòa TT nước, sử dụng những cụm chiller giải nhiệt gió

Hệ thống điều hòa trung tâm nước[86] (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…[87]

Hệ thống điều hòa TT nước gồm có những thiết bị chính sau : [ 88 ] [ 89 ]

Máy làm lạnh nước (chiller): Là thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ nước từ 55 °F (13 °C) xuống 45 °F (7 °C). Máy lạnh chiller là thiết bị nguyên cụm bao gồm máy nén, bình ngưng, bình bay hơi, van tiết lưu, và tủ điện điều khiển.
Dàn trao đổi nhiệt (hay còn gọi là dàn lạnh) như buồng xử lý không khí AHU (Air Handling Unit) và dàn FCU (Fan Coil Unit).
Hệ thống giải nhiệt như tháp giải nhiệt (đối với máy chiller giải nhiệt nước) hoặc dàn nóng (đối với máy chiller giải nhiệt gió).
Hệ thống bơm —như bơm nước lạnh tuần hoàn hoặc bơm giải nhiệt— và hệ thống đường ống.

Nguyên lý hoạt động giải trí của mạng lưới hệ thống điều hòa TT 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, mạng lưới hệ thống bơm tuần hoàn sẽ đưa nước lạnh đến những 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 quy trình tuần hoàn. [ 90 ] [ 91 ]

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.[92][93] Chiller nén hơi là loại chiller được sử dụng phổ biến nhất.[94] 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.[95][96]

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).[97] 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.[98] 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.[99] 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.[100]

Căn cứ theo mục đích sử dụng, hệ thống điều hòa không khí được chia thành điều hòa tiện nghi (comfort) và điều hòa công nghệ (process).[101]

Điều hòa tiện lợi[sửa|sửa mã nguồn]

Dãy những cụm dàn nóng của máy điều hòa không khí bên ngoài một tòa nhà văn phòng thương mạiHệ thống điều hòa tiện lợi được sử dụng nhằm mục đích phân phối điều kiện kèm theo thiên nhiên và môi trường trong nhà tương đối không thay đổi mặc kệ những biến hóa của điều kiện kèm theo thời tiết bên ngoài hoặc những nguồn nhiệt bên trong. Đối với những kiểu khu công trình kiến trúc khác nhau, mạng lưới hệ thống điều hòa tiện lợi cũng khác nhau và hoàn toàn có thể được phân loại thành những nhóm chính sau :

Những công trình thương mại bao gồm văn phòng, trung tâm thương mại, nhà hàng…
Căn hộ cao tầng, như khu tập thể và chung cư.
Những không gian công nghiệp khi cần tạo không gian mát mẻ cho người lao động.
Ô tô, máy bay, thuyền vận chuyển hành khách hoặc thực phẩm tươi sống.
Các tòa nhà cơ quan, bao gồm các tòa nhà chính phủ, bệnh viện, trường học…
Các tòa nhà dân cư thấp tầng, như nhà ở đơn lẻ, nhà song lập, hoặc chung cư nhỏ.
Các sân vận động thể thao, chẳng hạn như Sân vận động State Farm ở Arizona[102] và ở Qatar cho FIFA World Cup 2022.[103]

Theo nghiên cứu và điều tra, phụ nữ có tỷ suất trao đổi chất khi nghỉ ngơi ( RMR ) trung bình thấp hơn đáng kể so với phái mạnh. [ 104 ] Việc sử dụng những hướng dẫn về RMR không đúng chuẩn để định cỡ máy điều hòa không khí hoàn toàn có thể dẫn đến thiết bị quá khổ và kém hiệu suất cao hơn ; [ 104 ] đồng thời, việc chỉnh mức lạnh của mạng lưới hệ thống xuống quá thấp hoàn toàn có thể làm giảm hiệu suất của người lao động. [ 105 ]

Máy điều hòa trong hộ gia đình

Máy điều hòa không khí ở Bắc MỹĐiều hòa không khí được sử dụng thông dụng ở Hoa Kỳ. Năm 2019, khoảng chừng 90 % số nhà một hộ mái ấm gia đình mới xây có gắn máy điều hòa không khí ; ở khu vực miền Nam nước Mỹ, tỉ lệ này lên đến 99 %. [ 106 ] [ 107 ] Hiện tượng sử dụng máy điều hòa không khí thông dụng này ở Mỹ đã mở màn từ những năm 1960. [ 108 ] Tính đến năm năm ngoái, 90 % hộ mái ấm gia đình ở Hoa Kỳ có máy điều hòa nhiệt độ. [ 109 ] [ 110 ] Hoa Kỳ tiêu thụ nguồn năng lượng cho điều hòa không khí nhiều hơn so với hàng loạt còn lại của quốc tế. [ 111 ]Ở Canada, việc sử dụng điều hòa nhiệt độ khác nhau tùy theo tỉnh bang. Năm 2013, 55 % hộ mái ấm gia đình Canada cho biết có gắn máy điều hòa không khí ở nhà, tỷ suất sử dụng cao nhất ở tỉnh Manitoba ( 80 % ), đến Ontario ( 78 % ), Saskatchewan ( 67 % ), Quebec ( 54 % ) và sử dụng thấp hơn ở Đảo Hoàng tử Edward ( 23 % ), British Columbia ( 21 % ), Newfoundland và Labrador ( 9 % ). [ 112 ] Ở Châu Âu, mạng lưới hệ thống điều hòa không khí ở hộ mái ấm gia đình thường ít phổ cập hơn. Ở một số ít nước Nam Âu như Hy Lạp, những thiết bị điều hòa không khí mái ấm gia đình được sử dụng ngày càng thông dụng trong những năm gần đây. [ 113 ] Tại một vương quốc Nam Âu khác là Malta, ước tính có khoảng chừng 55 % hộ mái ấm gia đình đã lắp ráp máy điều hòa không khí. [ 114 ] Ở Trung Quốc, tỷ suất hộ mái ấm gia đình thành thị có máy điều hòa không khí đã tăng từ 8 % lên 70 % chỉ trong 9 năm, từ năm 1995 đến 2004. [ 111 ] Năm năm nay, người ta Dự kiến đến năm 2031, sẽ có thêm 700 triệu máy điều hòa không khí trên toàn quốc tế, và đến năm 2050, số lượng này tăng lên thành 1,6 tỉ máy điều hòa không khí mới. [ 115 ] [ 116 ]

Điều hòa công nghệ tiên tiến[sửa|sửa mã nguồn]

Hệ thống điều hòa công nghệ tiên tiến, hay còn gọi là điều hòa quá trình, được sử dụng nhằm mục đích cung ứng điều kiện kèm theo môi trường tự nhiên thích hợp cho những quy trình tiến độ công nghệ tiên tiến, không phụ thuộc vào tải nhiệt và nhiệt độ bên trong cũng như điều kiện kèm theo thời tiết bên ngoài. Nhu cầu quản lý và vận hành của quy trình tiến độ công nghệ tiên tiến sẽ quyết định hành động những điều kiện kèm theo điều hòa không khí chứ không phải nhờ vào vào sở trường thích nghi của con người. Điều hòa không khí công nghệ tiên tiến gồm có :

Phòng thí nghiệm hóa học và sinh học[117]
Phòng sạch để sản xuất vi mạch tích hợp, dược phẩm,[118] những nơi này cần có mức độ sạch không khí rất cao và kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm.
Những trung tâm dữ liệu.[119][120]
Cơ sở vật chất phòng thí nghiệm nhân giống. Vì nhiều loài động vật thường chỉ sinh sản vào mùa xuân, nên việc nhốt chúng trong phòng có điều kiện phản chiếu ánh sáng của mùa xuân quanh năm có thể khiến chúng sinh sản quanh năm.
Khu nấu nướng và chế biến thực phẩm.
Phòng phẫu thuật ở bệnh viện, trong đó không khí được lọc ở mức cao để giảm nguy cơ nhiễm trùng và độ ẩm được kiểm soát để hạn chế tình trạng mất nước của bệnh nhân. Mặc dù nhiệt độ thường ở mức thoải mái, nhưng một số quy trình phẫu thuật chuyên khoa, chẳng hạn như phẫu thuật tim hở, yêu cầu nhiệt độ thấp (khoảng 18 °C (64 °F)).
Môi trường công nghiệp
Khai thác mỏ
Nhà máy điện hạt nhân
Những trung tâm thử nghiệm vật lý
Các khu nuôi trồng thực vật và trang trại
Sản xuất dệt may
Kiểm soát vi khí hậu, như trong các thiết bị tạo ẩm và quá trình bảo quản những di sản văn hóa.

Ảnh hưởng đến sức khỏe thể chất[sửa|sửa mã nguồn]

Cơ thể con người thường hoàn toàn có thể tự kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ. Khi quá nóng, khung hình người sẽ sử dụng 1 số ít giải pháp để hạ nhiệt, như việc đổ mồ hôi. [ 121 ] Nhưng sự bay hơi mồ hôi bị suy giảm mạnh khi nhiệt độ không khí cao. Do vậy, không khí nóng ẩm gây ra nhiều yếu tố về sức khỏe thể chất và bảo đảm an toàn. [ 122 ] Trong điều kiện kèm theo thời tiết nóng, máy điều hòa không khí hoàn toàn có thể giúp ngăn ngừa đột quỵ do nhiệt ( cảm nhiệt ) [ d ], mất nước do đổ mồ hôi nhiều và những yếu tố khác tương quan đến tăng thân nhiệt. [ 121 ] Đợt nóng là một trong những yếu tố thiên nhiên và môi trường gây nguy khốn cho sức khỏe thể chất con người ; [ 123 ] hiệu ứng hòn đảo nhiệt đô thị, một hiện tượng kỳ lạ của đợt nóng thường xảy ra ở những thành phố lớn, hoàn toàn có thể gây ảnh hưởng tác động sức khỏe thể chất đến người lớn tuổi hoặc công nhân lao động ngoài trời. [ 124 ]Tháp giải nhiệt không được bảo trì tốt hoàn toàn có thể dẫn đến sự tăng trưởng và lây lan của những vi sinh vật như Legionella pneumophila, tác nhân truyền nhiễm gây ra bệnh Legionnaire. Khi tháp giải nhiệt được bảo trì định kỳ thật sạch ( thường là bằng giải pháp giải quyết và xử lý bằng chlor ) thì hoàn toàn có thể ngăn ngừa hoặc giảm bớt những rủi ro tiềm ẩn này. Bang Thành Phố New York ( Mỹ ) đã hệ thống hóa những nhu yếu về ĐK, bảo dưỡng và thử nghiệm tháp giải nhiệt để ngăn ngừa bệnh Legionnaire. [ 125 ]

Tác động đến môi trường tự nhiên[sửa|sửa mã nguồn]

Tiêu thụ điện năng và hiệu suất[sửa|sửa mã nguồn]

Tính đến năm 2018, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế ( IEA ), 1,6 tỷ thiết bị điều hòa không khí đã được lắp ráp và dự kiến sẽ tăng thành 5,6 tỷ thiết bị vào năm 2050. [ 3 ] [ 4 ] Trên toàn thế giới, lúc bấy giờ, mạng lưới hệ thống điều hòa không khí chiếm 1 ⁄ 5 tổng năng lượng sử dụng trong những tòa nhà và việc sử dụng điều hòa không khí ngày càng tăng này sẽ thôi thúc đáng kể nhu yếu sử dụng nguồn năng lượng. [ 3 ] Do vậy, vào năm 2018, Liên Hiệp Quốc đã lôi kéo cần nâng cấp cải tiến công nghệ tiên tiến trở nên vững chắc hơn nhằm mục đích giảm thiểu biến hóa khí hậu. [ 126 ] [ 127 ] Việc sản xuất điện dùng để quản lý và vận hành máy điều hòa không khí có ảnh hưởng tác động xấu đến thiên nhiên và môi trường, như việc thải ra khí nhà kính. Theo một cuộc khảo sát của chính phủ nước nhà Hoa Kỳ năm năm ngoái, khoảng chừng 87 % ngôi nhà ở Hoa Kỳ sử dụng điều hòa không khí và 65 % trong số đó có điều hòa không khí TT. Hầu hết những ngôi nhà có điều hòa TT đều có bộ điều nhiệt hoàn toàn có thể lập trình được, nhưng khoảng chừng hai phần ba số ngôi nhà có điều hòa TT không sử dụng tính năng này để giảm việc tiêu thụ nguồn năng lượng .

Những giải pháp sửa chữa thay thế ít tiêu thụ nguồn năng lượng hơn[sửa|sửa mã nguồn]

Người ta điều tra và nghiên cứu nhiều giải pháp thay thế sửa chữa cho máy điều hòa không khí liên tục có năng lực tiêu thụ ít nguồn năng lượng hơn, ngân sách thấp hơn và ít tác động ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên hơn. Những giải pháp này gồm có : [ 128 ]

Trong các tòa nhà thương mại lớn, người dùng có thể mở cửa sổ khi không khí bên ngoài đủ mát để dễ chịu hơn.
Đặt bộ điều nhiệt ở khoảng 28 °C và cho phép công nhân mặc quần áo phù hợp với khí hậu hơn, chẳng hạn như áo thun polo và quần đùi Bermuda (quần short). Phương pháp này mang lại hiệu quả làm mát trong chương trình Cool Biz ở Nhật Bản vào năm 2005.
Các kỹ thuật làm mát thụ động, chẳng hạn như:
Làm mát thụ động bằng năng lượng mặt trời.
Thông gió tự nhiên dưới và xuyên qua các tòa nhà.
Sử dụng những cửa sổ để tạo ra hiệu ứng ống khói.
Để không khí mát mẻ (gió lùa) vào ban đêm và đóng cửa sổ vào ban ngày.
Sử dụng những mái che để giảm nhiệt năng mặt trời.
Xây dựng tòa nhà hơi thấp so với mặt đất, để tận dụng sự truyền nhiệt và khối địa nhiệt mà không cần tốn điện năng.
Bố trí cây cối, bóng râm kiến trúc, cửa sổ (và sử dụng lớp phủ cửa sổ) để giảm nhiệt năng mặt trời.
Sử dụng những vật liệu cách nhiệt để ngăn nhiệt xâm nhập vào.
Vật liệu xây dựng sáng màu phản xạ bức xạ hồng ngoại.
Sử dụng quạt nếu không khí thấp hơn nhiệt độ cơ thể.
Sử dụng các phòng ở tầng hầm vốn mát mẻ tự nhiên hơn những tầng trên.
Làm mát nguồn nước sâu.

Tiêu thụ điện xe hơi[sửa|sửa mã nguồn]

Trong xe hơi, mạng lưới hệ thống điều hòa không khí A / C sẽ sử dụng khoảng chừng 4 mã lực ( 3 kW ) hiệu suất của động cơ, do đó làm tăng mức tiêu thụ nguyên vật liệu của xe. [ 129 ]

Chất làm lạnh[sửa|sửa mã nguồn]

Việc lựa chọn công chất ( môi chất lạnh ) có ảnh hưởng tác động đáng kể không chỉ đến hiệu suất của máy điều hòa không khí mà còn so với thiên nhiên và môi trường. Hầu hết những chất làm lạnh phổ cập được sử dụng cho điều hòa không khí góp thêm phần vào sự nóng lên toàn thế giới, và nhiều chất làm lạnh khác cũng làm suy giảm tầng ozone. [ 130 ] CFC, HCFC và HFC là những khí nhà kính mạnh khi bị rò rỉ vào khí quyển. [ 131 ]Việc sử dụng CFC làm chất làm lạnh đã từng rất thông dụng, gồm hai chất làm lạnh R-11 và R-12 ( được bán dưới tên tên thương hiệu Freon-12 ). Chất làm lạnh Freon được sử dụng phổ cập trong thế kỷ 20 trong máy điều hòa không khí do đặc thù không thay đổi và bảo đảm an toàn tiêu biểu vượt trội của chúng. Tuy nhiên, khi những môi chất lạnh chứa chlor này được giải phóng một cách vô tình hoặc cố ý, chúng sẽ đến được tầng trên của bầu khí quyển. [ 132 ] Khi chất làm lạnh đến tầng bình lưu, bức xạ UV của mặt trời sẽ phân cắt link chlor – carbon, tạo ra gốc chlor tự do. Các gốc chlor này đóng vai trò chất xúc tác cho phản ứng phân hủy ozone ( O3 ) thành oxy phân tử ( O2 ), làm suy giảm tầng ozone che chắn bề mặt Trái đất khỏi bức xạ tia cực tím mạnh. Mỗi gốc chlor tự do vẫn hoạt động giải trí như một chất xúc tác cho đến khi nó link với một gốc khác, tạo thành một phân tử không thay đổi và kết thúc phản ứng dây chuyền sản xuất .Trước năm 1994, hầu hết những mạng lưới hệ thống điều hòa không khí xe hơi đều sử dụng R-12 làm chất làm lạnh. Nó được sửa chữa thay thế bằng chất làm lạnh R-134a, không có năng lực làm suy giảm tầng ozone. Các mạng lưới hệ thống R-12 cũ hoàn toàn có thể được chuyển thành mạng lưới hệ thống R-134a bằng cách xả trọn vẹn và thay thế sửa chữa bộ lọc / máy sấy để vô hiệu dầu khoáng không thích hợp với R-134a .R-22 ( còn được gọi là HCFC-22 ) có năng lực làm ấm toàn thế giới cao hơn CO2 khoảng chừng 1.800 lần. [ 133 ] Tại Hoa Kỳ và Canada, chất tải lạnh này đã bị vô hiệu dần để sử dụng trong những thiết bị mới từ năm 2010 và sẽ ngừng trọn vẹn vào năm 2020. [ 134 ] [ 135 ] Mặc dù những khí này hoàn toàn có thể được tái chế khi những thiết bị điều hòa không khí bị thải bỏ, việc đổ và rò rỉ không được trấn áp hoàn toàn có thể giải phóng khí trực tiếp vào bầu khí quyển .

Tại Anh, Quy định về Ozone (Ozone Regulations)[136] có hiệu lực vào năm 2000 và cấm sử dụng các chất làm lạnh HCFC làm suy giảm tầng ozone như R22 trong các hệ thống mới. Quy định cấm sử dụng R22 làm chất lỏng “nạp thêm” để bảo dưỡng từ năm 2010 (đối với chất lỏng nguyên chất) đến năm 2015 (đối với chất lỏng tái chế). Điều này có nghĩa là thiết bị sử dụng R22 vẫn có thể hoạt động, miễn là nó không bị rò rỉ. Mặc dù R22 hiện đã bị cấm nhưng các đơn vị sử dụng môi chất lạnh này vẫn có thể được bảo dưỡng và bảo trì.

Việc sản xuất và sử dụng CFC đã bị cấm hoặc bị hạn chế nghiêm trọng do lo ngại về sự suy giảm tầng ozone (xem thêm Nghị định thư Montreal).[137][138] Do những lo ngại về môi trường, bắt đầu từ ngày 14 tháng 11 năm 1994, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (U.S. EPA) đã hạn chế việc bán, sở hữu và sử dụng chất làm lạnh chỉ cho các kỹ thuật viên được cấp phép, theo các quy tắc theo mục 608 và 609 của Đạo luật Không khí sạch (Clean Air Act).[139]

Để thay thế cho chất làm lạnh thông thường, các khí khác, chẳng hạn như CO2 (R-744), đã được đề xuất.[140] R-744 đang được sử dụng như một chất làm lạnh ở Châu Âu và Nhật Bản.[141][142] Năm 1992, một tổ chức phi chính phủ, Greenpeace, được thúc đẩy bởi các chính sách điều hành và yêu cầu một phòng thí nghiệm ở Châu Âu tìm chất làm lạnh thay thế. Việc này dẫn đến hai lựa chọn thay thế, một là hỗn hợp pha trộn của propan (R290) và isobutan (R600a), và loại còn lại là isobutan (R600a).[40][143] Vào năm 2019, UNEP đã công bố các hướng dẫn tự nguyện mới,[144] tuy nhiên vào năm 2020, nhiều quốc gia vẫn chưa phê chuẩn Tu chính thư Kigali (Kigali Amendment) của Nghị định thư Montreal.

^
Hay còn gọi là kiểu thông gió xuyên phòng, thông gió ngang nhà (tiếng Anh: cross ventilation).
^ Tên gọi của những hóa chất được tham chiếu theo TCVN 5530 : 2010 – Thuật ngữ hóa học – Danh pháp những nguyên tố và hợp chất hóa học .
^ Energy efficiency ratio, viết tắt: EER) là tỷ số giữa công suất lạnh (đơn vị: BTU/h) chia cho công suất tiêu thụ điện (đơn vị: W).[67]Hệ số lạnh ( tiếng Anh :, viết tắt : EER ) là tỷ số giữa hiệu suất lạnh ( đơn vị chức năng : BTU / h ) chia cho hiệu suất tiêu thụ điện ( đơn vị chức năng : W ) .
^
Tiếng Anh: Heat stroke