Thiết kế thi công hệ thống điều hòa Chiller giải nhiệt nước

Chiller giải nhiệt nước (water chiller) là gì?

Chiller là thiết bị dùng để làm lạnh được sử dụng nhiều tại các nhà máy, doanh nghiệp sản xuất. Đặc biệt trong công nghiệp làm lạnh thực phẩm, đồ vật,….

Hệ thống này sử dụng công suất điện năng tiêu thụ để tách riêng 2 phần nhiệt lạnh và nhiệt nóng. Phần nhiệt lạnh sẽ được sử dụng để tạo ra nước lạnh với nhiều nhu cầu khác nhau. Còn phần nhiệt nóng không được sử dụng sẽ thải ra môi trường xung quanh bằng tháp giải nhiệt (cooling tower).

Cấu tạo của chiller giải nhiệt nước

Chiller làm lạnh nước hoạt động dễ dàng với cấu tạo gồm 4 phần chính như sau.

Dàn bay hơi chiller

Dàn bay hơi của chiller nước có 3 loại:

• Bay hơi loại khô

Nước vào được dẫn qua bình, bên trong ống đồng gas bay hơi. Nước chảy theo dạng hình sin vì có tấm định nước, điều này giúp tăng quãng đường nước chảy và nâng cao hiệu suất trao đổi nhiệt.

• Bay hơi loại ngập dịch

Bởi hiệu suất làm việc cao, bay hơi loại ngập dịch thường được áp dụng cho những dòng máy có công suất từ 100 tons lạnh trở lên. Nước được dẫn và chảy trong ống trùm, gas lạnh sôi xung quanh giúp tối ưu hóa khả năng truyền nhiệt.

• Bay hơi bằng tấm PHE INOX

Loại dàn này thường được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Bởi máy sẽ cho ra nước chất lượng để không ảnh hưởng đến các sản phẩm. Ngoài ra còn có thể sử dụng cho trường hợp độ pH không đủ điều kiện (từ 6.5 – 7.5) và các ngành hóa chất.

Máy nén lạnh

Máy nén lạnh của hệ thống làm mềm nước chiller làm mát nước có 4 loại chính để phù hợp với nhu cầu của nhiều doanh nghiệp, nhà xưởng:

• Máy nén lạnh piston

Đây là máy nén 1 cấp thường là máy nhỏ hơn 3 Hp, được sử dụng với quy mô dân dụng. Còn đối với quy mô cho doanh nghiệp sản xuất sẽ áp dụng máy nén 2 cấp với công suất lên tới hàng 100 Hp.

• Máy nén xoắn ốc

Máy nén này thường được sử dụng cho máy chiller chạy dương có công suất. Bởi nó có tỉ số trung bình nhưng lưu lượng lại khá lớn.

• Máy nén trục vít

Đối với loại máy này thường được áp dụng cho chiller chạy dương với công suất lớn hơn 30 Hp. Bởi tỉ số nén của máy ở mức trung bình với lưu lượng lớn.

• Máy nén ly tâm

Máy có hai loại là ly tâm nhỏ turbo 60 tons – 300 tons và ly tâm lớn turbo 300 tons – hàng nghìn tons.

Đặc điểm của hệ thống chiller giải nhiệt nước

Hệ thống Chiller dùng nước gồm 5 phần chính đó là:

• Cụm trung tâm nước Water Chiller.
• Hệ Thống đường ống nước lạnh và bơm nước lạnh.
• Hệ Thống tải sử dụng Trực Tiếp: AHU, FCU, PAU, PHE ….
• Hệ Thống tải sử dụng Gián Tiếp: Hệ Thống đường ống gió thổi qua phòng cần điều hòa, Các van điều chỉnh ống gió, miệng gió: VAV, Damper,…
• Hệ Thống Bơm và tuần hoàn nước qua Cooling Tower (nếu có) đối với Chiller giải nhiệt nước.

Hệ thống Chiller giải nhiệt nước gồm 5 phần chính phù hợp với những công trình lớn cần sự đảm bảo tính ổn định giải nhiệt cao.

Hệ thống Chiller giải nhiệt nước rất thích hợp với những công trình lớn cần sự đảm bảo tính ổn định giải nhiệt cao, do nó có công suất hoạt động lớn từ 5ton đến trên 1000ton. Tuy nhiên chi phí ban đâu bỏ ra hơi cao và đòi hỏi phải có nguồn nước thường xuyên.

Nguyên lý hệ thống chiller giải nhiệt nước

• Đầu tiên nước sẽ được vận chuyển tuần hoàn trong đường ống Chiller và được làm lạnh xuống còn 7°C. 
• Sau đó nước lạnh sẽ được bơm đến các dàn lạnh AHU/FCU, lúc này nhiệt độ không khí trong phòng sẽ được giảm xuống nhờ sự trao đổi của nước lạnh và không khí tuần hoàn của phòng. 
• Sau quá trình trao đổi giữa nước lạnh và không khí trong phòng, nước lạnh sẽ nóng lên khoảng 12°C do bị hấp thụ nhiệt. Lúc này nước sẽ lại được bơm tuần hoàn quay trở về hệ thống Chiller và tiếp tục được làm lạnh xuống 7 độ C, vòng tuần hoàn cứ tiếp tục lặp lại như thế.

Hệ thống Chiller giải nhiệt nước làm lạnh nước xuống còn 7°C rồi trao đổi với không khí tuần hoàn trong phòng khiến không gian trở lên mát.

Mô hình hoạt động của hệ thống Chiller

• Vòng tuần hoàn màu đỏ: là vòng tuần hoàn nước nóng được bơm vào Cooling Tower thải nhiệt này ra ngoài môi trường.
• Vòng tuần hoàn màu xanh: là vòng thể hiện đường dẫn Gas lạnh thuộc cụm Water Chiller.
• Vòng tuần hoàn màu tím nhạt: vòng tuần hoàn này là nước lạnh được bơm đến AHU, FCU, PAU, PHE.
• Vòng tuần hoàn màu vàng: vòng tuần hoàn này từ hệ thống ống gió được thổi vào phòng.

Mô hình hoạt động của hệ thống điều hòa Chiller giải nhiệt nước trong 4 vòng tuần hoàn

Phân loại hệ thống làm lạnh Chiller giải nhiệt nước theo từng công dụng 

Người ta thường lắp đặt hệ thống làm lạnh Chiller giải nhiệt nước thành 2 loại theo nhu cầu như sau:

• Giải nhiệt công nghiệp với dãy điều chỉnh nhiệt rộng từ 60 xuống còn 30 độ C

Thường được sử dụng trong các nhà máy in màu, nhà máy nhựa, giải nhiệt cầu máy cơ khí, cấp nước lạnh để trộn bê tông, làm lạnh quá trình pha trộn hóa chất, chưng cất trong các nhà máy nước giải khát và bia rượu.

• Điều hòa không khí trung tâm nước với dãy điều chỉnh nhiệt độ nước hẹp từ 7 độ C tới 12 độ C

Thường được sử dụng trong các nhà sách, trung tâm thương mại, siêu thị hay các nhà xưởng công nghiệp cần điều hòa ( nhà thuốc, xưởng dệt may, bệnh viện…).

Hệ thống Chiller giải nhiệt nước được chia thành 2 loại khác nhau theo công dụng gồm giải nhiệt công nghiệp với dãy nhiệt độ rộng từ 60°C xuống 30°C và dãy điều chỉnh nước nhiệt độ hẹp từ 7°C lên 12°C.

Ưu và nhược điểm của hệ thống chiller giải nhiệt nước

Để đảm bảo quá trình sản xuất và sử dụng, trước hết cần xem xét qua một số ưu – nhược điểm của máy.

Ưu điểm

Ưu điểm của hệ thống chiller giải nhiệt nước bao gồm:

• Dễ dàng tháo lắp, di chuyển

Bởi các ống nước lạnh được thiết kế nhỏ gọn, không tiêu tốn nhiều không gian, diện tích.

• Vận hành ổn định

Máy không gặp sự cố phát sinh nào dù phải hoạt động liên tục trong thời gian dài.

• Nhiều mức độ giảm tải

Phù hợp với nhiều nhu cầu, công suất hoạt động của các nhà xưởng, doanh nghiệp.

• Công suất làm việc lớn

Từ 5 tons đến hàng ngàn tons.

• Độ bền cao

Tuổi thọ sử dụng máy cao.

Nhược điểm

Song song với những ưu điểm, hệ thống chiller giải nhiệt nước vẫn còn một số hạn chế như sau:

• Cần lắp đặt trong một phòng máy riêng biệt.
• Cần phải kiểm tra thường xuyên.
• Bảo hành, bảo dưỡng khá phức tạp.
• Tiêu thụ điện năng lớn.

Ứng dụng của hệ thống chiller giải nhiệt nước

Bởi ưu điểm của chiller giải nhiệt nước, nhiều doanh nghiệp, nhà xưởng ứng dụng máy như một giải pháp sản xuất hiệu quả.

• Ứng dụng giải nhiệt công nghiệp

Dùng trong nhà máy nhựa, làm lạnh máy in màu, giải nhiệt dầu máy cơ khí. Làm lạnh quá trình pha trộn hóa chất. Ngoài ra, máy còn được dùng trong công nghiệp thực phẩm (rượu bia, nước giải khát,…).

• Điều hòa không khí trung tâm

Sử dụng cho thiết bị làm mát ở những công trình lớn như ở bệnh viện, siêu thị,…. Ngoài ra, máy còn giúp cung cấp nguồn không khí trong lành.

Hoạt động bảo trì, bảo dưỡng hệ thống diễn ra như thế nào?

Bảo trì, bảo dưỡng hệ thống máy chiller giải nhiệt nước

Thông thường nhà sản xuất sẽ cung cấp lịch bảo trì bảo dưỡng định kỳ cho chiller. Chi phí bảo trì có miễn phí trong năm đầu tiên còn vấn đề bảo hành thì chủ đầu tư cần hỏi kỹ nhà sản xuất.

Với một số loại chiller, lịch bảo dưỡng như sau:

• Chiller chạy 24 giờ/ngày thì 6 tháng sẻ thay dầu máy nén.
• Chiller chạy 8 giờ/ngày thì 12 tháng sẽ thay dầu máy nén.
• Loại dầu được sử dụng sẽ do nhà sản xuất yêu cầu.

Đặc biệt với hệ thống chiller giải nhiệt nước cần lưu ý những vấn đề sau:

• Vệ sinh thường xuyên cho tháp giải nhiệt (cooling tower): Thường thì một tháng vệ sinh và thay nước tháp giải nhiệt và 3 tháng sẽ vệ sinh bầu ngưng và bầu bay hơi chiller.
• Thường thì bầu ngưng và bầu bay hơi loại ngập dịch vệ sinh rất đơn giản và có thiết bị chuyên dụng để vệ sinh, còn dàn bay hơi loại khô rất khó để vệ sinh bằng tay mà dùng phương pháp ngâm hóa chất chuyên dụng từ những người có kinh nghiệm trong lĩnh vực này.
• Với những chiller từ 200 tons lạnh trở lên, ta có thêm công nghệ mới để vệ sinh hệ thống cho nó như công nghệ Hydroball. Mặt dù công nghệ này là khá đắt, nhưng phù hợp với những chiller lớn ở các nước phát triển thích các ứng dụng xanh tiết kiệm năng lượng.

Bảo trì, bảo dưỡng đường ống chiller giải nhiệt nước

Bảo trì, bảo dưỡng hệ thống chiller giải nhiệt nước luôn đi kèm với việc kiểm tra cách nhiệt hệ thống đường ống chiller để đảm bảo an toàn.

Đường ống chiller là một bộ phận giúp dẫn truyền dòng nước lạnh từ thiết bị làm lạnh chiller tới các thiết bị/khu vực cần tiêu thụ năng lượng. Ống được làm từ chất liệu thép đen nên nếu không được cách nhiệt hoàn hảo, đường ống chiller sẽ xuất hiện hiện tượng “đổ mồ hôi” ngoài.

Trong trường hợp đường ống không được cách nhiệt hoặc cách nhiệt không hoàn hảo, nó sẽ xảy ra những hậu quả như:

• Hiện tượng đọng sương sẽ khiến các vật liệu xung quanh bị hư hỏng.
• Gây hư hỏng vách tại vị trí ống xuyên tường.
• Gây rỉ sét, ăn mòn các vật liệu hỗ trợ đường ống bằng kim loại.
• Gây rỉ sét tại các van nước lạnh hay trần nhà khi không được cách nhiệt.
• Ngoài ra, nếu không được cách nhiệt hiệu quả sẽ khiến năng lượng bị hao phí ra ngoài.
• Trong quá trình hàn gắn kết nối ống không đúng cách đã tạo nên sự co giãn trên đường ống, gây ra hiện tượng rung không cần thiết nên cần phải cách nhiệt cho ống chiller.