Hệ thống chiller giải nhiệt nước là gì: Cấu tạo, Nguyên lý

Hệ thống chiller giải nhiệt nước sử dụng nhiều vòng tuần hoàn nhỏ để thải nhiệt qua các giai đoạn trung gian. Từ đó, cung cấp nước lạnh liên tục cho các nhà máy, khu công nghiệp và hệ thống điều hòa không khí trung tâm.

1. Hệ thống Chiller giải nhiệt nước là gì?

Hệ thống chiller giải nhiệt nước là tập hợp các máy móc/thiết bị tham gia vào hoạt động làm lạnh nước công nghiệp, giải nhiệt cho cụm máy nén - dàn ngưng.

Các thành phần cơ bản bao gồm máy nén, dàn ngưng tụ, dàn bay hơi, van tiết lưu, hệ thống điều khiển. Ngoài ra, không thể không nhắc đến mối liên kết mật thiết của hệ thống với tháp giải nhiệt nước.

Vai trò chủ đạo của chiller giải nhiệt nước là cung cấp nước lạnh cho hệ thống HVAC (điều hòa không khí), làm mát quy trình sản xuất công nghiệp.

Sự có mặt của chiller còn giúp bảo vệ thiết bị trước nguy cơ quá nhiệt, tối ưu hiệu suất sử dụng điện. hiệu suất làm mát. Thường được sử dụng ở những nơi cần làm mát liên tục, phát ra tải nhiệt lớn hoặc sử dụng nhiều máy móc, linh kiện.

2. Các bộ phận tạo nên hệ thống Chiller giải nhiệt nước

2.1 Máy nén

Máy nén là bộ phận trung tâm và quan trọng nhất của chiller. Thành phần này thường được làm từ đồng hoặc hợp kim chịu áp. Có nhiệm vụ hút hơi gas từ dàn bay hơi, nén trong không gian kín để tăng áp trước khi đưa qua dàn ngưng tụ.

Dựa vào cách thức tạo áp, máy nén được phân hóa thành các dạng cơ bản:

• Dòng piston: Hút - nén - xả hơi gas thông qua sự dịch chuyển của piston. Chạy khỏe với hiệu suất cao nhưng hoạt động khá ồn ào. Có 2 phiên bản để khách tùy chọn là nén 1 cấp (tăng áp 1 lần) và nén 2 cấp (trải qua hai giai đoạn thăng áp).
• Dòng trục vít: Thường được setup trong những chiller vận hành với công suất từ vừa đến lớn. Sử dụng trục vít (1 lớn - 1 nhỏ, quay ngược chiều để tạo buồng nén, tăng áp chậm nhưng bền, chạy cực êm.
• Dòng ly tâm: Dùng bánh công tác quay với tốc độ cao để đẩy hơi gas ra phần rìa và tăng dần áp lực hơi nén. Được phân thành 2 nhóm: loại nhỏ (dưới 300 tons) và loại lớn (từ 300 tons trở lên). Sản xuất khí sạch với lưu lượng cực lớn, có tính ứng dụng cao trong các công trình VIP: sân bay, trung tâm thương mại, tòa cao ốc,...

2.2 Dàn bay hơi

Dàn bay hơi (dàn hóa hơi) là nơi môi gas dạng lỏng đi vào, tiếp xúc gần với nước, hấp thụ nhiệt và hóa hơi nhanh chóng. Cùng với điều này, nước cũng được làm lạnh chỉ sau tích tắc, giảm 7 - 12 độ C so với nền nhiệt ban đầu.

Bộ phận này có thiết kế dạng ống với vỏ bao ngoài, chất liệu hoàn thiện thường là đồng hoặc hợp kim nhôm, dẫn nhiệt cực tốt. Đặc biệt các ống có size nhỏ nên giúp tối ưu diện tích tiếp xúc, hỗ trợ quá trình truyền nhiệt qua lại giữa nước và môi gas lỏng.

Để kiểm soát hoạt động và phát hiện sớm tình trạng đóng đá, dàn bay hơi thường tích hợp thêm cảm biến nhiệt và cảm biến áp.

2.3 Van tiết lưu

Van tiết lưu là bộ phận làm nhiệm vụ điều chỉnh lượng môi gas phun vào dàn bay hơi của hệ thống. Giúp hạ áp suất hơi gas, đưa thành phần này về trạng thái sôi nhằm tạo ra hiệu ứng làm lạnh.

Ngoài ra, còn kiểm soát mức nhiệt sau khi môi chất lạnh hóa hơi hoàn toàn , nhằm tối ưu hiệu suất bay hơi.

Dựa vào cấu tạo, van tiết lưu được phân hóa thành 2 phiên bản: dòng cơ (dùng bóng cảm biến nhiệt), dòng điện tử (điều khiển bằng motor với tính chính xác cao).

Khi van tiết lưu vận hành ổn định thì hiệu suất trao đổi nhiệt sẽ được duy trì ở mức cao nhất.

2.4 Dàn ngưng tụ

Dàn nhiệt cũng có thiết kế tương tự như dàn hóa hơi với sự góp mặt của các ống đồng trao đổi nhiệt.

Đây là nơi giải nhiệt cho hơi gas nóng với sự hỗ trợ của nước tuần hoàn (được cung cấp bởi tháp làm mát).

Sau khi trao đổi nhiệt với nước mát, hơi gas sẽ hóa lỏng, ngưng tụ thành giọt và vẫn duy trì ở mức áp suất cao.

Ngược lại, nước sẽ tăng 5 - 8 độ C so với thời điểm trước đó. Được đưa về tháp giải nhiệt để làm mát trước khi thực hiện chu kỳ tuần hoàn tiếp theo.

2.5 Bộ điều khiển

Bộ điều khiển chính là phần đầu não, kiểm soát hoạt động của toàn hệ thống. Trên bảng điều khiển có màn hình, hệ thống cảnh báo, nút bật tắt và cài đặt chế độ làm việc.

Đặc biệt một số bộ điều khiển cao cấp sử dụng màn hình HMI +PLC giúp người dùng điều khiển hệ thống từ xa (thông qua BMS/SCADA).

Ngoài ra còn có thể vận hành máy ở chế độ tiết kiệm tải (part-load) để tối ưu năng lượng sử dụng.

3. Chiller giải nhiệt nước hoạt động theo nguyên lý gì?

3.1 Chiller giải nhiệt nước: sơ đồ nguyên lý vận hành

Hệ thống chiller giải nhiệt nước vận hành dựa trên nguyên lý gia tăng độ chênh lệch áp, chênh lệch nhiệt độ để tối ưu quá trình làm mát nước, làm mát hơi gas. Cụ thể như sau:

• Nước đi vào dàn bay hơi tiếp xúc với môi gas có nền nhiệt thấp nên được làm lạnh nhanh trước khi dẫn tới hệ thống điều hòa không khí.
• Môi gas khi hấp thụ nhiệt từ nước sẽ hóa hơi và được máy nén hút vào để tăng áp, tăng nhiệt trước khi tiếp cận dàn ngưng tụ.
• Tại dàn ngưng tụ, hơi gas nóng - áp suất cao sẽ trao đổi nhiệt với nước mát được cấp từ tháp giải nhiệt, được làm lạnh nhanh nên hóa lỏng tức thời. Nước nóng sẽ tuần hoàn trở lại tháp giải nhiệt và được làm mát trước khi tái sử dụng.
• Môi gas dạng lỏng sẽ được đưa tới van tiết lưu, hạ áp đột ngột, giảm nhiệt sâu trước khi đưa tới dàn bay hơi và bắt đầu chu kỳ mới.

3.2 Mô hình cách vận hành của hệ thống làm lạnh nước chiller

Mô hình vận hành hệ thống giải nhiệt nước chiller có thể được tóm tắt thông qua 4 vòng tuần hoàn chính, đó là:

• Vòng tuần hoàn được tạo ra bởi tháp giải nhiệt: Đưa nước mát tới dàn ngưng để giải nhiệt cho môi gas, sau đó thu gom và dẫn nước nóng về hệ thống để giải nhiệt trước khi quay vòng trở lại.
• Vòng tuần hoàn của môi chất lạnh: Đi từ van điều tiết tới dàn bay hơi (hóa hơi tại bộ phận này), di chuyển vào bình nén để tăng áp rồi tìm tới dàn ngưng tụ (hóa lỏng tại đây). Tiếp đến môi chất lạnh lại được đưa tới van tiết lưu để hạ áp, hạ nhiệt trước khi quay trở lại dàn bay hơi.
• Vòng tuần hoàn nước lạnh: Nước lạnh đi từ dàn hóa hơi, di chuyển tới PAU, FCU, AHU, PHE,... để hỗ trợ quá trình làm mát. Trong quá trình này, nước sẽ hấp thu nhiệt, nóng dần lên, sau đó được thu gom lại để quay về dàn hóa hơi 1 lần nữa.
• Vòng tuần hoàn khí mát: Nhận hơi mát từ vòng tuần hoàn nước lạnh, lưu thông trong hệ thống ống gió để điều hòa không khí trong phòng kín.

4. Phân loại hệ thống Chiller nước dựa trên nhu cầu sử dụng

Dựa vào nhu cầu sử dụng, bạn có thể phân loại chiller giải nhiệt nước thành 2 nhóm chính:

Chiller công nghiệp và Chiller điều hòa không khí trung tâm.

Chiller công nghiệp:

• Có công suất từ hàng trăm đến hàng nghìn RT.
• Chuyên dùng để làm lạnh nước cho các nhà máy sản xuất hóa chất, sản xuất nhựa, in ấn, dược phẩm, chế biến đồ ăn, chế tạo máy, luyện kim.
• Ưu điểm của hệ thống là hạ nhiệt sâu trên quy mô rộng, độ bền cao, có thể làm việc 24/7 để tối ưu năng suất làm việc của nhà máy. Kiểm soát nhiệt độ chuẩn, ít bị ảnh hưởng bởi tác động bên ngoài.

Chiller điều hòa không khí:

• Mức công suất dao động mạnh (từ vài chục RT đến hàng nghìn RT), tùy vào quy mô sử dụng.
• Hỗ trợ làm mát không khí trong phạm vi rộng, có tính ứng dụng cao tại các tòa nhà cao ốc, trung tâm thương mại, khách sạn, bảo tàng, bệnh viện, trường học,....
• Vận hành nhẹ và êm, kết cấu gọn, tiết kiệm diện tích setup.

5. Ưu thế vượt trội của hệ thống Chiller giải nhiệt nước

Hệ thống làm mát nước chiller có những ưu điểm sau:

• Dùng năng lượng với hiệu suất vượt trội (COP 5,5 - 7 - Cứ mỗi 1kW điện tiêu thụ sẽ tạo ra 5,5 - 7kW lạnh). Giúp hệ thống làm việc hiệu quả, phù hợp với mục đích sử dụng dài lâu.
• Làm lạnh nước nhanh và sâu (5 -12 độ C tùy thiết kế), giữ nhiệt độ nước ổn định trong thời gian dài làm việc.
• Được hoàn thiện bằng chất liệu chịu ẩm, chịu lực và chống oxy hóa tốt nên có độ bền trên 20 năm. Các bộ phận thành phần có thể tách rời độc lập để kiểm tra/thay mới khi cần.
• Vận hành êm, không tạo ra tiếng động lớn vì sử dụng motor dây đồng và vật liệu tiêu âm, gioăng đệm ở các mối tiếp giáp.
• Có thể nâng cấp hoặc mở rộng công suất làm mát theo nhu cầu (đổi motor, thay đường ống hoặc lắp nhiều chiller chạy song song).
• Hoạt động bình ổn nhờ khả năng tự cân bằng tốt, ít bị lệ thuộc vào điều kiện bên ngoài (mưa, nắng, độ ẩm cao, rung chấn mạnh,...)

6. Hạn chế của hệ thống Chiller giải nhiệt nước

Trước khi quyết định xây dựng hệ thống làm lạnh chiller, bạn cần hiểu rõ những điểm hạn chế dưới đây:

• So với chiller giải nhiệt gió, chiller giải nhiệt nước có chi phí setup cao hơn 30 - 40%. Ngoài việc đầu tư các máy móc cơ bản, bạn còn phải xây dựng và tối ưu hệ thống nước, đường dẫn, phòng máy,....
• Khâu hoàn thiện khá lâu vì có nhiều chi tiết kỹ thuật phức tạp. Có yêu cầu cao về mặt bằng, khả năng thoát nước, độ thoáng của không gian lắp đặt.
• Hiệu suất hoạt động lệ thuộc nhiều vào tháp giải nhiệt nên cần làm tốt khâu đồng bộ hóa.
• Cần tuyển/đào tạo nhân sự có chuyên môn cứng để vận hành hệ thống an toàn, hiệu quả.

7. Ứng dụng nổi bật của hệ thống Chiller giải nhiệt nước

Hệ thống giải nhiệt nước chiller thường được sử dụng cho những mục đích sau:

• Cung cấp nước lạnh/hạ nhiệt sâu cho các hệ thống điều hòa không khí trung tâm. Giúp làm mát không gian sinh hoạt/làm việc/mua sắm trên quy mô vừa đến lớn.
• Giải nhiệt trong dây chuyền sản xuất công nghiệp: Làm mát khuôn ép nhựa/máy ép phun/máy đùn; Hạ nhiệt cho đồ uống/thực phẩm cất trữ trong kho lạnh; Hỗ trợ chế xuất và bảo quản dược phẩm; Giải nhiệt máy cắt CNC, máy tiện, máy cưa,....
• Hạ nhiệt xuống mức siêu thấp (-20 - 0 độ C) để hỗ trợ việc cấp đông thực phẩm, dược liệu, vật mẫu thí nghiệm,....
• Cấp nước lạnh cho phòng máy, trung tâm dữ liệu, phòng điều khiển công nghiệp,… giúp hệ thống vận hành hiệu quả hơn.
• Phân phối nước lạnh cho phòng thí nghiệm, thiết bị laser, CT Scan, máy MRI tại các trung tâm y tế, bệnh viện,...

8. Top các hãng chiller giải nhiệt nước uy tín nhất trên thị trường

Dưới đây là những brand phân phối chiller giải nhiệt nước chất lượng cao, được đặt hàng với số lượng lớn tại thị trường Việt.

9. Hướng dẫn bảo dưỡng hệ thống Chiller giải nhiệt nước

9.1 Bí quyết chăm sóc hệ thống chiller giải nhiệt nước hiệu quả

Để chiller giải nhiệt nước vận hành hiệu quả với hiệu suất cao, ít phát sinh trục trặc thì bạn hãy làm theo chỉ dẫn sau:

• Kiểm tra trạng thái của máy nén hằng tuần (độ ăn mòn, lượng dầu bôi trơn, chất lượng dầu, độ khít,...). Xử lý nhanh các sự cố bất thường, không vận hành khi máy có lỗi.
• Làm sạch dàn ngưng tụ và dàn bay hơi định kỳ (tùy vào tần suất sử dụng chiller). Làm sạch kỹ nhưng thao tác nhẹ tay, tránh gây hại cho ống đồng.
• Kiểm tra qua cảm biến, van tiết lưu để đánh giá nhanh năng lực làm việc của từng chi tiết. Yêu cầu chung là vận hành nhịp nhàng, chính xác, không kẹt hay tắc nghẽn.
• Luôn giám sát chặt các chi tiết dùng điện và theo dõi bảng điều khiển thường xuyên. Hiệu chỉnh các thông số phù hợp với thiết kế máy và nhu cầu sử dụng thực tế.
• Bảo quản hệ thống bơm nước, quạt gió hằng tháng (làm sạch, cân chỉnh trục, tra dầu,...). Thay mới các chi tiết chuyển động trong trường hợp hư hỏng nặng (nứt gãy, mài mòn mạnh).
• Theo dõi nguồn nước đầu vào và thường xuyên đo các chỉ số quan trọng, xử lý bằng hóa chất phù hợp trong trường hợp nhiễm bẩn nặng.

9.2 Hướng dẫn bảo trì đường ống Chiller giải nhiệt nước

Nếu chưa có kinh nghiệm trong việc bảo trì đường ống chiller giải nhiệt nước, bạn hãy làm theo gợi ý sau:

• Kiểm tra đường ống hằng ngày, đặc biệt là ở những mối nối, vị trí bị mài mòn mạnh. Nếu có nứt hỏng, rò rỉ nước cần lên kế hoạch hàn dán hoặc thay mới ngay.
• Vệ sinh lòng ống hằng tháng bằng bàn chà, nước cao áp hoặc hóa chất vệ sinh chuyên dụng. Nhất là với đường ống liên kết dàn hóa hơi với dàn ngưng tụ.
• Rà soát qua hệ thống chốt, van và gioăng phớt để phát hiện rò rỉ/hư hỏng nếu có.
• Cấp nước với lưu lượng chuẩn theo thiết kế (điều chỉnh thông qua van và hệ thống bơm). Đo áp suất nước để phòng ngừa nguy cơ quá áp/quá tải, gây ảnh hưởng đến hoạt động của chiller.
• Kiểm tra các phụ kiện đi kèm đường ống như: bộ xả khí, lọc nước, cảm biến dòng chảy, đồng hồ đo áp,.... Vệ sinh định kỳ, nếu hư hỏng thì sửa hoặc thay mới tùy trường hợp.

Với góc nhìn toàn cảnh mà Tổng kho Đặng Gia vừa cung cấp, mong rằng bạn sẽ hiểu rõ hệ thống chiller giải nhiệt nước, setup được mô hình phù hợp với nhu cầu.