Chiller giải nhiệt gió: Sơ đồ nguyên lý, Cấu tạo, Ứng dụng

Chi phí điện, nước ngày càng tăng, buộc doanh nghiệp phải tìm kiếm giải pháp làm lạnh tiết kiệm, hiệu quả, lâu dài. Chiller giải nhiệt gió chính là ưu tiên số 1 vì không phụ thuộc vào nguồn nước, thiết kế gọn.

1. Khái niệm, vai trò của chiller giải nhiệt gió

Chiller giải nhiệt gió là 1 phần trong hệ thống làm mát. Có vai trò tản nhiệt cho nhà xưởng, dây chuyền sản xuất, tương tự chiller nước. Tuy nhiên, cấu tạo, nguyên lý hoạt động lại khác biệt nhau cơ bản.

Chiller gió sử dụng không khí từ môi trường để giải nhiệt cưỡng bức cho gas lạnh. Quá trình này không dùng đến tháp giải nhiệt, nước tuần hoàn như chiller nước.

Để lắp đặt, chỉ cần khoảng không gian thoáng tại vị trí đặt máy, đảm bảo lưu thông không khí tốt.

Sử dụng dòng chiller gió vừa đảm bảo nhiệt độ ổn định, tiết kiệm nước, năng lượng hiệu quả. Sản phẩm đặc biệt hợp dùng tại vùng khô hạn, thiếu hạ tầng ống nước.

2. Cấu tạo chiller giải nhiệt gió và chức năng từng bộ phận

Chiller giải nhiệt gió là một hệ thống tuần hoàn làm lạnh khép kín, gồm 4 thiết bị chính: máy nén, dàn ngưng tụ, thiết bị bay hơi và van tiết lưu.

Ngoài ra, còn một số bộ phận khác như: hệ thống điều khiển, quạt gió.

• Máy nén: Hút gas lạnh dạng hơi, áp suất thấp, nén thành gas có áp suất, nhiệt độ cao, tạo động lực cho chu trình làm lạnh.
• Dàn ngưng tụ: Gồm ống trao đổi nhiệt (bằng đồng) và cánh tản nhiệt (nhôm). Có nhiệm vụ giải nhiệt gas lạnh, chuyển chúng từ thể hơi sang lỏng.
• Quạt gió: Có kích thước lớn, tạo không khí đi qua dàn ngưng, tăng tốc độ tản nhiệt.
• Van tiết lưu: Giảm áp suất, nhiệt độ của gas lỏng trước khi đưa vào dàn bay hơi, giúp gas lạnh sẵn sàng hấp thụ nhiệt ở giai đoạn sau.
• Dàn bay hơi: Là nơi gas lạnh hấp thụ nhiệt từ nước tuần hoàn, hạ nhiệt độ cho nước.
• Hệ thống điều khiển: Gồm bộ điều khiển trung tâm, rơ le bảo vệ, cảm biến áp suất. Có nhiệm vụ giám sát, tự động ngắt chiller khi xảy ra sự cố.

Về cơ bản, cấu tạo không quá khác biệt so với chiller nước. Tuy nhiên, hệ thống này dùng ống đồng, cánh nhôm thay cho bình ngưng ống chùm (ở chiller nước), giúp tăng hiệu quả dẫn, tản nhiệt.

Việc sử dụng cánh nhôm thay cho cánh đồng đem lại nhiều lợi ích quan trọng. Nhôm nhẹ, rẻ hơn đồng, hấp thụ nhiệt kém hơn nên an toàn hơn khi đặt trong nhà xưởng.

Khả năng hấp thụ nhiệt không đều giữa đồng và nhôm cũng hỗ trợ dòng đối lưu hoạt động mạnh hơn, tăng khả năng tản nhiệt.

3. Các loại chiller giải nhiệt gió phổ biến nhất hiện nay

Dựa theo hướng thổi của quạt gió, có thể phân loại chiller giải nhiệt gió thành 3 dạng sau:

4. Những đặc điểm nổi bật của hệ thống chiller giải nhiệt gió

4.1. Thiết kế tối ưu, dễ dàng triển khai lắp đặt

Chiller giải nhiệt gió kết nối trực tiếp với nguồn điện, hệ thống đường ống nước lạnh nội bộ. Nhờ đó doanh nghiệp giảm được 1 phần chi phí đầu tư, hạn chế rủi ro liên quan đến ống nước.

Nhờ thiết kế dạng nguyên khối, tích hợp đủ các bộ phận trong 1 cụm máy nên dễ dàng đặt tại các khoảng trống như: ban công kỹ thuật, sân thượng.

Thời gian lắp đặt hệ thống chỉ kéo dài từ 4-7 ngày, trong khi với hệ thống giải nhiệt nước có thể cần đến vài tuần.

4.2. Không phụ thuộc nguồn nước, tháp tản nhiệt

Thiết bị giải nhiệt hoàn toàn bằng không khí, phù hợp trong bối cảnh nhiều khu công nghiệp khan hiếm nước, hoặc chi phí xử lý nước cao. Có thể lắp ở các khu công nghiệp trên cao nguyên, vùng ven biển, các đô thị chật hẹp.

Sử dụng chiller gió thay cho dòng chiller nước giúp tiết kiệm hàng chục mét khối nước/ngày. Đây không chỉ là bài toán kinh tế mà còn là giải pháp cực kỳ thân thiện với môi trường.

Việc loại bỏ tháp giải nhiệt ra khỏi hệ thống giúp doanh nghiệp cắt giảm khoản chi phí lớn từ đầu, kèm theo đó là phí bảo trì định kỳ lâu dài.

4.3. Rút ngắn tần số, quy trình bảo dưỡng, bảo trì

Công việc chăm sóc hệ thống chủ yếu tập trung vào: vệ sinh dàn ngưng, quạt gió, test gas lạnh, dầu máy, hệ thống điện, điều khiển.

Tần số bảo dưỡng là 6 - 12 tháng/lần, giảm tối đa sự ảnh hưởng đến tiến độ sản xuất.

Quy trình chăm sóc cũng chỉ gồm các bước vệ sinh bụi, tra dầu mỡ, đo áp suất gas lạnh, kiểm tra cảm biến, mạch điện… Tổng thời gian bảo trì trung bình chỉ vài giờ.

4.4. Vận hành bền, ổn định nhiều năm, ít chất thải

Thiết kế khép kín của hệ thống giúp loại bỏ tối đa nguy cơ nhiễm bụi, bẩn, cặn khoáng, vi sinh vật.

Tuổi thọ trung bình của dòng này thường đạt trên 10 năm, ngay cả khi cường độ sản xuất cao 24/7.

Do không dùng nước làm mát nên hệ thống không phát sinh nước thải cần xử lý bằng hóa chất. Kết cấu gọn, ít đường ống cũng làm giảm nguy cơ thất thoát môi chất lạnh.

5. Một vài hạn chế của chiller giải nhiệt gió

Trong nhiều trường hợp, nhận thấy rõ lợi ích của chiller giải nhiệt gió, nhưng doanh nghiệp không lựa chọn dòng sản phẩm này, vì:

• Độ ồn cao: Quạt gió công suất lớn có thể ảnh hưởng đến không gian yên tĩnh của thư viện, khách sạn cao cấp.
• Hiệu suất bị phụ thuộc: Do làm mát bằng không khí trong môi trường nên khả năng tản nhiệt sẽ giảm khi thời tiết quá nóng. Đồng thời, mức tiêu thụ điện năng sẽ tăng cao hơn chiller nước.
• Công suất hạn chế: Chiller gió thường đạt công suất nhỏ đến trung bình, khó đáp ứng nhà máy công nghiệp quy mô lớn, cần tải lạnh cao.
• Cần không gian thoáng: Không tốn nhiều diện tích lắp đặt như chiller nước nhưng vị trí lắp yêu cầu đảm bảo thông gió tốt.

6. Ứng dụng thực tế của Chiller tản nhiệt gió

Chiller gió ghi điểm mạnh trong nhiều lĩnh vực sản xuất, dịch vụ, thương mại quy mô nhỏ, vừa.

• Nhà máy: Thường được lắp cho nhà máy sản xuất nhựa, xưởng may, duy trì nhiệt độ vận hành của máy móc.
• Tòa nhà cao tầng: Cung cấp hệ thống điều hòa trung tâm, đảm bảo thẩm mỹ, kiến trúc.
• Kho lạnh: Duy trì nhiệt độ chính xác cho kho lạnh, khu chế biến, giữ thực phẩm tươi lâu.
• Bệnh viện: Cung cấp nguồn lạnh ổn định, hữu ích cho phòng bổ, các thiết bị y tế.

7. Cách thức chiller giải nhiệt gió hoạt động

2 dòng chiller giải nhiệt gió và nước đều ứng dụng nguyên lý làm lạnh bằng gas nén - bay hơi. Tuy nhiên, có sự khác biệt cơ bản ở cách thức tản nhiệt.

• Chỉ dùng quạt hút cưỡng bức, tản nhiệt trực tiếp ra môi trường.
• Hiệu suất làm mát đạt khoảng 70% so với chiller nước.
• Nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi trạng thái vật chất từ thể hơi - lỏng - rắn và ngược lại. Trong đó, quá trình bay hơi sẽ giúp thu nhiệt lượng dư, quá trình ngưng tụ giúp thải nhiệt ra ngoài.

Chu trình chi tiết:

• Nén môi chất lạnh: Máy nén hút gas lạnh (môi chất), nén thành hơi áp suất cao, nhiệt độ cao để chuẩn bị cho quá trình trao đổi nhiệt.
• Giải nhiệt: Môi chất lạnh đã được nén đi qua dàn ngưng tụ, được quạt gió giải phóng nhiệt lượng ra môi trường, thông qua ống trao đổi nhiệt. Sau đó, ngưng tụ ở dạng lỏng, áp suất cao.
• Làm lạnh môi chất: Môi chất đi qua van tiết lưu, thông qua bộ phận này, biến thành dạng hỗn hợp lỏng - hơi, nhiệt độ thấp, áp suất thấp.
• Trao đổi nhiệt: Môi chất đi qua dàn bay hơi, hấp thụ nhiệt của nguồn nước cần làm lạnh, giúp nhiệt độ nước hạ xuống mức mong muốn (thường là 7 - 12 °C). Sau đó, nước được bơm tuần hoàn về các khu vực cần sử dụng. Còn môi chất trở về máy nén, tiếp tục chu trình mới.

8. So sánh chiller giải nhiệt nước, chiller giải nhiệt gió, gợi ý lựa chọn

Để hình dung chi tiết về sự khác nhau giữa chiller giải nhiệt gió và chiller giải nhiệt nước, Đặng Gia lập bảng so sánh cụ thể như sau:

9. Lưu ý khi lắp đặt và vận hành chiller giải nhiệt gió

Hệ thống chiller gió không khó lắp đặt, nhưng có 1 vài lưu ý quan trọng cần chú ý:

• Vị trí đặt máy: Phải không bị che chắn, xa nguồn nhiệt, hóa chất ăn mòn, đảm bảo khoảng cách an toàn với tường, thiết bị khác
• Nền móng: Cần bệ đặt kiên cố, cân bằng để chịu được trọng lượng lớn của chiller, giảm rung lắc, tiếng ồn.
• Hệ thống điện: Có aptomat, cầu dao bảo vệ riêng, đầu nối đúng tiêu chuẩn, dâu dẫn, tụ điện chịu tải cao.
• Đường ống nước lạnh: Bọc cách nhiệt để tránh thất thoát nhiệt, lắp gọn gàng, hạn chế gấp khúc.
• Vận hành: Khởi động theo quy trình, đảm bảo nguồn điện, áp suất gas, bơm nước chuẩn, không có vật cản trước dàn ngưng, quạt hút. Theo dõi thông số vận hành, tiếng ồn của hệ thống.
• Bảo dưỡng định kỳ: Vệ sinh dàn ngưng, tra dầu mỡ cho quạt, vòng bi, bổ sung gas lạnh khi cần, đảm bảo hệ thống điện, cảm biến an toàn.

Doanh nghiệp vừa và nhỏ nên đầu tư chiller giải nhiệt gió để tối ưu hiệu suất làm mát. Thiết kế, lắp đặt, bảo trì chuẩn là chìa khóa giúp duy trì tuổi thọ lâu dài cho hệ thống, tiết kiệm nhiều chi phí.