Hệ thống cấp khí tươi là gì? Cấu tạo, nguyên lý và cách lựa chọn

Trong các công trình hiện đại, đặc biệt là văn phòng, khách sạn, nhà xưởng và không gian sử dụng điều hòa thường xuyên, cửa được đóng kín trong thời gian dài có thể làm giảm khả năng trao đổi không khí tự nhiên. Khi đó, hệ thống cấp khí tươi được sử dụng để chủ động đưa không khí ngoài trời vào công trình, đồng thời hỗ trợ quá trình thay thế lượng không khí đã sử dụng.

Tuy nhiên, hệ thống cấp khí tươi không đơn thuần là một chiếc quạt hút gió ngoài trời. Một giải pháp hoàn chỉnh còn phải tính đến khả năng lọc không khí, lưu lượng cấp, hướng phân phối, lượng khí thải, nhiệt độ, độ ẩm và khả năng phối hợp với hệ thống HVAC.

TCVN 5687:2024 – Thông gió và điều hòa không khí – Yêu cầu thiết kế hiện là tiêu chuẩn quốc gia đang có hiệu lực, thay thế TCVN 5687:2010. Tiêu chuẩn quy định các yêu cầu thiết kế và lắp đặt hệ thống thông gió, điều hòa không khí và có thể áp dụng cho một số không gian nhà công nghiệp khi không có yêu cầu khác trong nhiệm vụ thiết kế.

Mô hình hệ thống cấp khí tươi cho căn hộ

Hệ thống cấp khí tươi là gì?

Hệ thống cấp khí tươi là hệ thống có chức năng đưa một lượng không khí từ môi trường bên ngoài vào không gian sử dụng theo lưu lượng và phương thức được tính toán trước.

Không khí ngoài trời có thể được xử lý trước khi cấp vào phòng thông qua các bộ phận như bộ lọc bụi, thiết bị xử lý nhiệt ẩm hoặc bộ trao đổi nhiệt tùy cấu hình.

Một hệ thống hoàn chỉnh thường bao gồm:

• Cửa lấy gió ngoài trời.
• Quạt cấp khí.
• Bộ lọc.
• Thiết bị xử lý không khí nếu cần.
• Đường ống gió.
• Van điều chỉnh.
• Cửa gió hoặc miệng cấp.
• Hệ thống hút và thải khí.
• Bộ điều khiển và cảm biến tùy cấu hình.

Điểm quan trọng là hệ thống cấp khí tươi tạo ra sự trao đổi có kiểm soát giữa không khí bên ngoài và không khí bên trong. Đây là điểm khác biệt cơ bản so với máy lọc không khí thông thường, vốn chủ yếu tuần hoàn và xử lý lượng khí đang có trong phòng.

Vì sao công trình cần hệ thống cấp khí tươi?

Nhu cầu sử dụng hệ thống cấp khí tươi thường xuất hiện rõ nhất ở những không gian kín, có mật độ người cao hoặc có yêu cầu kiểm soát chất lượng không khí.

Điều hòa không thay thế hoàn toàn hệ thống cấp khí tươi

Điều hòa có nhiệm vụ chính là xử lý nhiệt độ và tuần hoàn không khí trong không gian. Nếu hệ thống điều hòa không có phương án đưa không khí ngoài trời vào, việc làm lạnh không đồng nghĩa với việc không khí trong phòng liên tục được thay mới.

Trong một căn phòng kín có nhiều người, CO₂ và các chất ô nhiễm phát sinh trong quá trình sử dụng có thể tích tụ. Khi đó, hệ thống cấp khí tươi giúp bổ sung không khí ngoài trời và hỗ trợ quá trình trao đổi khí.

Vì vậy, điều hòa và cấp khí tươi không nhất thiết thay thế nhau. Trong nhiều công trình, hai hệ thống được thiết kế để phối hợp nhằm vừa kiểm soát điều kiện nhiệt vừa đảm bảo yêu cầu thông gió.

Không gian càng kín càng cần kiểm soát trao đổi khí

Nhà ở hiện đại, văn phòng, khách sạn và nhiều công trình thương mại có xu hướng sử dụng kết cấu kín để kiểm soát nhiệt độ và giảm ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài.

Điều này làm tăng nhu cầu kiểm soát thông gió chủ động.

Đối với nhà xưởng, bài toán còn phức tạp hơn bởi ngoài con người, máy móc và dây chuyền sản xuất có thể phát sinh nhiệt, bụi, hơi ẩm, mùi hoặc các chất ô nhiễm đặc thù.

Trong trường hợp này, hệ thống cấp khí tươi phải được thiết kế đồng thời với hệ thống hút thải để tổ chức luồng không khí phù hợp.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp khí tươi

Về cơ bản, hệ thống cấp khí tươi vận hành theo chuỗi:

Thiết bị và ống gió của hệ thống cấp khí tươi lắp âm trần

Lấy khí ngoài trời → lọc/xử lý → cấp vào không gian → không khí di chuyển → hút khí đã sử dụng → thải ra ngoài.

Tùy thiết kế, không phải hệ thống nào cũng có đầy đủ tất cả các bước xử lý trên.

Lấy không khí từ bên ngoài

Không khí ngoài trời được đưa vào qua cửa lấy gió nhờ quạt hoặc thiết bị cấp khí.

Vị trí cửa lấy gió cần được tính toán để hạn chế nguy cơ hút phải nguồn ô nhiễm như khí thải xe cộ, khói, mùi hoặc các nguồn xả không phù hợp.

Lọc và xử lý không khí

Trước khi đi vào không gian sử dụng, không khí có thể được đưa qua các cấp lọc.

Mục tiêu là giảm lượng bụi và chất ô nhiễm trong luồng khí cấp. Tùy yêu cầu, hệ thống có thể sử dụng lọc thô, lọc tinh, HEPA hoặc các công nghệ xử lý khác.

Đây là một điểm quan trọng khi thiết kế hệ thống cấp khí tươi tại khu vực có chất lượng không khí ngoài trời không tốt.

Dr.Air hiện phát triển giải pháp thiết bị lọc khí và cấp khí tươi theo hướng kết hợp lọc không khí với việc đưa không khí ngoài trời vào không gian sử dụng.

Cấp khí vào không gian sử dụng

Sau khi được xử lý, không khí được đưa đến khu vực sử dụng thông qua hệ thống ống gió và các cửa cấp.

Vị trí cửa gió cần được bố trí để tạo sự phân phối tương đối đồng đều, hạn chế hiện tượng khí cấp chỉ tập trung tại một khu vực trong khi những vùng khác vẫn thiếu trao đổi khí.

Với công trình lớn, việc thiết kế đường ống và vị trí cửa gió cần được tính toán theo mặt bằng, lưu lượng và trở lực hệ thống.

Hút và thải không khí đã sử dụng

Nếu chỉ đưa khí mới vào mà không có phương án thoát khí cũ phù hợp, hiệu quả trao đổi khí có thể không đạt như mong muốn.

Vì vậy, hệ thống cấp khí tươi thường được xem xét cùng hệ thống hút thải. Không khí trong phòng có thể chứa CO₂, mùi, hơi ẩm hoặc các chất ô nhiễm phát sinh trong quá trình sử dụng và cần được đưa ra ngoài theo phương án thiết kế.

Cách tổ chức cấp và hút khí quyết định đáng kể đến hướng di chuyển của không khí trong công trình.

Cấu tạo hệ thống cấp khí tươi

Tùy quy mô và yêu cầu công trình, một hệ thống cấp khí tươi có thể gồm các thành phần sau:

Thành phần	Vai trò
Cửa lấy gió	Đưa không khí ngoài trời vào
Quạt cấp	Tạo lưu lượng và áp suất cần thiết
Bộ lọc	Xử lý bụi và một số chất ô nhiễm
Bộ xử lý nhiệt ẩm	Điều chỉnh điều kiện khí cấp khi cần
Ống gió	Vận chuyển không khí
Van gió	Điều chỉnh và cân bằng lưu lượng
Cửa cấp	Phân phối khí đến khu vực sử dụng
Quạt hút	Đưa khí đã sử dụng ra ngoài
Bộ điều khiển	Quản lý chế độ vận hành
Cảm biến	Theo dõi các thông số theo cấu hình

Không phải công trình nào cũng cần tất cả các thành phần trên. Cấu hình được xác định dựa trên công năng, quy mô, lưu lượng, chất lượng không khí ngoài trời và yêu cầu vận hành.

Các loại hệ thống cấp khí tươi phổ biến

Hệ thống cấp khí tươi một chiều

Hệ thống một chiều chủ yếu thực hiện chức năng đưa không khí ngoài trời vào trong.

Nguyên lý vận hành của hệ thống cấp khí tươi có thu hồi nhiệt

Không khí cũ có thể thoát ra thông qua hệ thống hút riêng hoặc các đường thoát khí của công trình.

Ưu điểm của phương án này là cấu tạo tương đối đơn giản. Tuy nhiên, khả năng kiểm soát toàn bộ dòng khí phụ thuộc vào phương án thoát khí và đặc điểm không gian.

Hệ thống cấp khí tươi hai chiều

Hệ thống hai chiều đồng thời tổ chức cả luồng cấp khí mới và luồng hút khí đã sử dụng.

Cách bố trí này giúp kiểm soát quá trình trao đổi khí chủ động hơn. Khi được thiết kế phù hợp, hệ thống có thể kiểm soát hướng di chuyển của không khí và hạn chế tình trạng khí tù đọng tại một số khu vực.

Với các công trình có yêu cầu cao hơn về chất lượng không khí, hệ thống cấp khí tươi hai chiều thường được xem xét cùng hệ thống thông gió và điều hòa tổng thể.

Hệ thống cấp khí tươi có hồi nhiệt

Một hướng phát triển khác là tích hợp bộ trao đổi nhiệt vào hệ thống.

Thay vì đưa trực tiếp khí ngoài trời vào không gian và đồng thời thải khí điều hòa ra ngoài, bộ trao đổi nhiệt cho phép hai luồng khí trao đổi nhiệt năng mà không nhất thiết trộn lẫn trực tiếp.

Dr.Air hiện giới thiệu dòng CKT có bộ trao đổi nhiệt, trong đó luồng khí tươi và khí thải đi qua bộ trao đổi nhiệt để tận dụng chênh lệch nhiệt giữa hai luồng.

Giải pháp này đặc biệt đáng quan tâm đối với công trình sử dụng điều hòa liên tục, bởi việc đưa lượng lớn khí ngoài trời vào mà không xử lý nhiệt có thể làm tăng tải cho hệ thống điều hòa.

Hệ thống cấp khí tươi khác gì máy lọc không khí và quạt thông gió?

Ba thiết bị này có thể cùng xuất hiện trong một công trình nhưng chức năng không giống nhau.

Lắp đặt hệ thống cấp khí tươi cho tòa nhà

Giải pháp	Chức năng chính
Máy lọc không khí	Tuần hoàn và lọc không khí trong phòng
Quạt thông gió	Hút hoặc đẩy không khí, hỗ trợ trao đổi khí
Hệ thống cấp khí tươi	Chủ động đưa không khí ngoài trời vào và tổ chức quá trình trao đổi khí

Máy lọc không khí có thể xử lý bụi trong không gian nhưng không đồng nghĩa với việc đưa không khí mới từ bên ngoài vào.

Ngược lại, hệ thống cấp khí tươi có nhiệm vụ đưa không khí ngoài trời vào nhưng chất lượng khí cấp còn phụ thuộc vào bộ lọc và các công đoạn xử lý được tích hợp.

Do đó, trong nhiều công trình, ba nhóm giải pháp này có thể được sử dụng bổ trợ thay vì lựa chọn một thiết bị duy nhất.

Hệ thống cấp khí tươi được ứng dụng ở đâu?

Hệ thống cấp khí tươi có thể được triển khai trong nhiều loại công trình.

Văn phòng

Văn phòng có mật độ người tương đối cao và thường đóng kín khi sử dụng điều hòa. Hệ thống cấp khí giúp tăng trao đổi không khí và hỗ trợ kiểm soát môi trường làm việc.

Nhà xưởng

Nhà xưởng thường có diện tích lớn, nhiều máy móc và nguồn phát sinh nhiệt hoặc chất ô nhiễm. Cấp khí tươi cần được thiết kế cùng hệ thống hút thải để phù hợp với đặc điểm sản xuất.

Phòng sạch

Phòng sạch có yêu cầu kiểm soát môi trường nghiêm ngặt. Không khí cấp thường cần được lọc và kiểm soát theo yêu cầu của từng quy trình sản xuất.

Khách sạn, nhà hàng, hội trường

Các không gian tập trung đông người có nhu cầu trao đổi không khí lớn hơn trong thời gian hoạt động. Dr.Air cũng đã được giới thiệu với giải pháp cấp khí tươi cho hội trường kết hợp xử lý không khí.

Bệnh viện và khu vực đặc thù

Với các công trình y tế, việc cấp và hút khí phải tuân thủ yêu cầu thiết kế riêng của từng khu vực. Không thể áp dụng một cấu hình hệ thống cấp khí tươi chung cho mọi phòng chức năng.

Những yếu tố cần tính toán khi thiết kế hệ thống cấp khí tươi

Một hệ thống cấp khí tươi hiệu quả không nên được lựa chọn chỉ dựa vào diện tích sàn.

Đường ống phân phối khí tươi đến từng khu vực

Lưu lượng khí

Đây là thông số quan trọng nhất. Lưu lượng cần được xác định dựa trên công năng, số người, yêu cầu thông gió, nguồn ô nhiễm và tiêu chuẩn áp dụng.

TCVN 5687:2024 yêu cầu lưu lượng không khí ngoài trời phải đáp ứng mức quy định tương ứng trong tiêu chuẩn và có các yêu cầu riêng theo loại không gian.

Chất lượng không khí ngoài trời

Nếu không khí bên ngoài chứa nhiều bụi hoặc chất ô nhiễm, hệ thống cần có cấp lọc phù hợp trước khi cấp vào phòng.

Cân bằng cấp và hút

Lưu lượng cấp và lưu lượng hút cần được tính toán đồng bộ với yêu cầu áp suất của công trình.

Đặc biệt, các khu vực có yêu cầu áp suất dương hoặc âm cần được thiết kế theo mục tiêu sử dụng cụ thể.

Nhiệt độ và độ ẩm

Khí ngoài trời có thể có nhiệt độ và độ ẩm khác biệt đáng kể so với không khí trong phòng.

Nếu cấp một lượng lớn khí ngoài trời mà không xử lý phù hợp, tải của hệ thống điều hòa có thể tăng. Vì vậy, với công trình sử dụng điều hòa liên tục, giải pháp hệ thống cấp khí tươi có hồi nhiệt có thể được xem xét.

Hệ thống ống và cửa gió

Đường ống quá dài, nhiều đoạn co hoặc tiết diện không phù hợp có thể làm tăng tổn thất áp suất. Vị trí cửa cấp cũng cần được bố trí để phân phối khí phù hợp với mặt bằng.

Giải pháp hệ thống cấp khí tươi Dr.Air

Dr.Air phát triển nhóm thiết bị lọc khí và cấp khí tươi nhằm giải quyết đồng thời hai nhu cầu: đưa không khí ngoài trời vào công trình và xử lý chất lượng luồng khí trước khi cấp vào.

Giải pháp này khác với việc chỉ sử dụng quạt cấp gió đơn thuần ở chỗ không khí có thể được đưa qua các cấp lọc trước khi phân phối vào không gian.

Thiết bị lọc khí và cấp khí tươi Dr.Air

Thiết bị lọc khí và cấp khí tươi Dr.Air được giới thiệu với các cấu hình phục vụ từ không gian dân dụng đến văn phòng và công trình quy mô lớn.

Hệ thống có thể kết hợp các cấp lọc khác nhau nhằm xử lý bụi và các thành phần ô nhiễm trong luồng khí cấp. Đây là hướng tiếp cận phù hợp với những công trình không chỉ cần trao đổi khí mà còn cần kiểm soát chất lượng không khí ngoài trời trước khi đưa vào bên trong.

Dòng Dr.Air CKT tích hợp trao đổi nhiệt

Với những công trình cần cấp khí tươi nhưng đồng thời muốn hạn chế ảnh hưởng của khí ngoài trời đến tải điều hòa, dòng Dr.Air CKT có thể được xem xét.

Theo thông tin trên hệ sinh thái HSVN/Dr.Air, CKT được tích hợp bộ trao đổi nhiệt để hai luồng khí trao đổi nhiệt năng trong khi vẫn được tổ chức thành các dòng riêng biệt.

Khi lựa chọn hệ thống cấp khí tươi, doanh nghiệp nên xác định trước diện tích, số người, lưu lượng cần thiết, chất lượng không khí ngoài trời, nhiệt độ, độ ẩm, yêu cầu lọc và phương án kết nối với HVAC. Đây là cơ sở để lựa chọn thiết bị và cấu hình phù hợp thay vì chỉ dựa vào công suất quạt.

Kết luận

Hệ thống cấp khí tươi là giải pháp chủ động đưa không khí ngoài trời vào công trình và tổ chức quá trình trao đổi không khí có kiểm soát. Tùy cấu hình, hệ thống có thể kết hợp lọc khí, xử lý nhiệt ẩm, hút khí thải, cảm biến và bộ trao đổi nhiệt.

Khác với máy lọc không khí chỉ tuần hoàn không khí trong phòng, hệ thống cấp khí tươi tạo ra nguồn không khí mới từ bên ngoài. Khác với quạt thông gió đơn thuần, hệ thống có thể được thiết kế đồng bộ về lưu lượng, lọc khí, đường ống, cấp – hút và điều kiện nhiệt ẩm.

Với công trình hiện đại, đặc biệt là văn phòng, nhà xưởng, phòng sạch, khách sạn và không gian đông người, hệ thống cấp khí tươi cần được tính toán dựa trên công năng và điều kiện thực tế. Dr.Air hiện có các giải pháp kết hợp lọc khí và cấp khí tươi, trong đó dòng CKT được phát triển thêm khả năng trao đổi nhiệt để phù hợp hơn với các công trình cần phối hợp giữa thông gió, chất lượng không khí và hiệu quả vận hành HVAC.