Chiller là gì? Cấu tạo, Nguyên lý hoạt động & Cách lắp đặt

Chiller là gì mà các trung tâm thương mại, nhà máy lớn đều lựa chọn làm nguồn lạnh chính thay cho điều hòa thông thường? Giải mã tất tần tật các vấn đề xoay quanh hệ thống này.

1. Chiller là gì?

Trong tiếng Anh, chiller hay chill nghĩa là lạnh - làm lạnh. Khái niệm chiller chỉ máy cung cấp nước lạnh đến công trình, còn gọi là điều hòa trung tâm.

Nước sản xuất ra được làm lạnh thông qua bình bốc hơi với nền nhiệt đầu vào khoảng 12 độ C và nhiệt độ đầu ra là khoảng 7 độ C.

Sản phẩm được lắp đặt thành hệ thống, dùng phổ biến trong các trung tâm thương mại hoặc nhà máy. Người ta sử dụng tháp làm mát để giải nhiệt cho chiller, duy trì hoạt động liên tục cho các thiết bị.

2. Cấu tạo chung của chiller

Một chiller làm lạnh chuẩn sẽ bao gồm các thành phần chính sau:

• Dàn bay hơi: Còn gọi là dàn lạnh chiller, đóng vai trò gom nhiệt từ tòa nhà, trao đổi với gas lạnh. Sau đó đưa đến tháp giải nhiệt để tạo ra nước lạnh.
• Máy nén: Nằm giữa dàn bay hơi và dàn ngưng tụ, tạo áp suất chênh lệch để di chuyển môi chất lạnh quanh hệ thống. Máy nén có nhiều loại, điển hình là máy nén piston, trục vít, ly tâm, hầu hết đều tạo ra tiếng ồn lớn.
• Bình ngưng: Nằm trước van tiết lưu, sau máy nén, thực hiện nhiệm vụ loại bỏ nhiệt từ chất làm lạnh nhận được từ dàn bay hơi. Bộ phận này gồm 2 loại chính (bình làm mát bằng nước và bình ngưng làm mát bằng không khí.
• Hộp nước: Được lắp vào dàn ngưng và dàn bay hơi, thực hiện nhiệm vụ dẫn dòng.
• Bộ nguồn: Gắn trực tiếp vào máy làm lạnh hoặc ghép vào vị trí khác rồi nối với máy làm lạnh bằng dây cáp điện. Đây là công cụ điều khiển dòng điện, chứa bộ khởi động, bộ điều khiển tốc độ và ngắt mạch, cho phép giám sát công suất.
• Bộ điều khiển: Nằm trên máy làm lạnh, hỗ trợ người dùng theo dõi, điều chỉnh hiệu suất làm lạnh. Đồng thời tạo cảnh báo ngắt điện đến hệ thống khi có sự cố.

3. Chi tiết thành phần của hệ thống điều hòa trung tâm chiller

Nếu phân tích theo các thành phần trong hệ thống, điều hòa trung tâm chiller chia thành 4 bộ phận:

3.1. Cụm trung tâm nước

Là trung tâm của chiller, tiêu tốn nhiều điện nhất, và có giá trị đầu tư cao nhất. Cụm trung tâm nước được sản xuất theo công suất cho trước, dựa trên yêu cầu về hiệu quả làm lạnh.

Những thương hiệu nổi tiếng chuyên cung cấp bộ phận này phải kể đến Hitachi, York, Trane…

3.2. Bơm và đường ống

Mỗi chiller thường được trang bị máy bơm riêng để bơm nước lạnh đến tải sử dụng. Bơm thường không quá ồn, sở hữu cột áp thấp, lượng nước lưu chuyển ổn định.

Đường ống nước được cấu tạo từ thép đen hoặc nhựa PPR không có tính dẫn nhiệt. Đường ống dẫn phải chịu được sức ép lớn, độ lớn tương thích với công suất.

3.3. Hệ thống tải trực tiếp: AHU, FCU, PAU

Hệ thống tải trực tiếp bao gồm nhiều loại, sử dụng cho các không gian khác nhau:

• AHU: Đảm nhiệm vai trò xử lý nhiệt ẩm trong hệ thống, tạo không khí sạch. AHU chứa nhiều ống gió phụ, dàn coil ống đồng, lọc bụi, phù hợp với không gian lớn.
• FCU: Loại này dành cho phòng nhỏ, khu vực hẹp mà AHU không đi tới được. Đây cũng là hệ thống tải được lựa chọn cho không gian yêu cầu tiêu chuẩn riêng về nhiệt độ, độ ẩm. Khi yêu cầu quá cao, người ta sẽ sử dụng thêm PAU bên ngoài, nối với FCU thông qua ống gió.
• PAU: Dòng này chuyên cấp gió khô (khô hơn so với không khí ở điều hòa). Luồng gió mang nhiệt độ thấp cho phép giảm kích thước đường ống.

3.4. Hệ thống tải gián tiếp

Là các đường ống gió, van điều chỉnh ống gió, miệng gió. Ngoài ra còn có ống gió thải, ống gió hồi, gió tăng áp cầu thang.

Chúng hòa trộn gió tươi với gió hồi và đưa về hệ thống tải trực tiếp để xử lý yêu cầu độ ẩm, nhiệt.

Hệ thống này có số lượng, kích thước tùy biến, dựa trên nhu cầu thực tế của chủ đầu tư.

4. Phân loại chiller phổ biến

Dựa theo cách làm mát dàn nóng, người ta chia chiller thành 2 nhóm:

4.1. Chiller giải nhiệt nước

Đây là loại phổ biến, sở hữu công suất lớn, thường được lắp trong các công trình lớn - rất lớn (500 - 4.000 RT). Dòng này mang đến hiệu quả làm lạnh đỉnh cao.

Tuy nhiên, hệ thống đòi hỏi chi phí đầu tư, vận hành và bảo trì lớn. Đồng thời cần xử lý nước, hóa chất tại dàn ngưng, tháp giải nhiệt thường xuyên.

4.2. Chiller giải nhiệt gió

Sở hữu công suất hoạt động nhỏ hơn, chiller gió phù hợp với những nơi khan hiếm nguồn nước sạch, quy mô trung bình đổ xuống. Thiết bị dễ vận hành, bảo trì không phức tạp.

Dòng này không yêu cầu xử lý nước cho dàn ngưng, nhưng cần không gian đủ rộng để lưu thông khí. Hơn nữa, nếu không khí bẩn, cần vệ sinh dàn coil định kỳ.

Ngoài ra người ta còn phân loại chiller theo dạng máy nén hoặc kiểu thiết kế của bình ngưng tụ…

5. Phân tích nguyên lý hoạt động của chiller

5.1. Sơ đồ hệ thống mạch chiller thường gặp

Dưới đây là sơ đồ hệ thống mạch chiller được sử dụng phổ biến bậc nhất trong các nhà máy.

5.2. Nguyên lý hoạt động chiller

Chiller tạo ra nước lạnh dựa trên nguyên lý nhiệt học và sự biến đổi trạng thái khí - lỏng của nước.

Quá trình chuyển đổi trạng thái của nước giúp hệ thống lấy đi nhiệt độ từ môi trường, làm môi chất lạnh đi.

Khi chiller vận hành, gas lạnh dạng lỏng sẽ bay hơi để thu nhiệt ở nước. Nhờ đó nước mất nhiệt rồi lạnh đi, còn hơi gas tăng nhiệt.

Ở chiều ngược lại, máy nén nén gas ở áp suất thấp. Đồng thời, dàn ống đồng đưa gió lạnh từ cụm trung tâm vào, giúp hơi gas tỏa nhiệt hoàn toàn, chuyển sang thể lỏng.

Toàn bộ quá trình diễn ra trong hệ thống khép kín, có thể điều chỉnh bằng van tiết lưu.

6. So sánh ưu điểm - hạn chế của hệ thống chiller với điều hòa khác

Hiện nay, hệ thống chiller, điều hòa cục bộ và hệ thống VRV/VRF được sử dụng phổ biến nhất. Trong đó, chiller nổi bật nhờ công suất lớn, khả năng vận hành đều, có thể chỉnh tải theo nhu cầu.

Để làm rõ ưu điểm, hạn chế của từng hệ thống, Đặng Gia xin lập bảng so sánh như sau:

7. Ứng dụng chiller giải nhiệt vào công việc thực tiễn

Với thế mạnh tạo nước lạnh ổn định, công suất lớn, chiller được sử dụng rộng rãi trong cả sản xuất công nghiệp và điều hòa không khí.

• Điều hòa trung tâm: Thiết bị được lắp đặt trong cao ốc, khách sạn, sân bay, hệ thống bệnh viện để cấp nước lạnh đến AHU, FCU, làm mát không khí trong từng phòng. Hệ thống ống nước lạnh gọn nhẹ, dễ bố trí, khả năng làm lạnh đồng đều, tiếng ồn thấp.
• Sản xuất công nghiệp nặng: Thiết bị hỗ trợ kiểm soát nhiệt độ vật liệu và máy móc như máy CNC, máy cắt kim loại, lò nung, dầu thủy lực. Chiller ngăn chặn quá nhiệt, tăng độ chính xác cho các công đoạn gia công, giảm hao mòn máy móc.
• Sản xuất nhựa: Hệ thống hỗ trợ làm mát khuôn ép nhựa, nhựa thành phẩm, tối ưu thời gian sản xuất, giữ nguyên hình dạng, kích thước sản phẩm.
• Thực phẩm, đồ uống: Hệ thống giúp hạ nhiệt độ nước chế biến, làm mát nước giải khát, bia, sữa, giữ chất lượng sản phẩm tốt, ngăn ngừa vi sinh vật phát triển.

8. Hướng dẫn chi tiết cách tính công suất lắp đặt máy Chiller

Để lắp đặt hệ thống chiller cho nhà máy, công đoạn quan trọng bậc nhất là tính toán công suất.

Công suất lắp đặt:

Dựa trên các thông số có sẵn của chiller, ta biết được:

• Công suất lạnh của máy: Qll
• Nhiệt độ nước lạnh: ℃ / °F

Công thức tính: Q = 4,186 x At x Qll/3.6 (KW lạnh)

Trong đó At là nhiệt độ chênh lệch giữa trạng thái nóng chảy và sau khi làm lạnh.

Công suất làm lạnh:

Để tính công suất làm lạnh cho máy, ta dựa vào công thức: Q = Cp.At.M/3600 (Kw lạnh)

Trong đó:

• Cp: Nhiệt dung riêng
• M: Năng suất sản phẩm trong 1h (kg)
• At: Nhiệt độ chênh lệch giữa trạng thái nóng chảy và sau khi làm lạnh.

9. Mẹo tăng hiệu quả hoạt động cho hệ thống Chiller

Muốn hệ thống chiller cho hiệu quả làm việc cao, người dùng nên:

• Chọn công suất: vừa đủ cho nhu cầu dùng, vì nếu thiếu, hệ thống bị quá tải, tiêu tốn nhiều năng lượng mà hiệu quả vẫn giảm. Nếu thừa lại gây hoang phí điện.
• Lắp đặt đúng chỗ: Nơi thiết kế hệ thống phải thông thoáng, ít yếu tố gây bụi và không bị ánh mặt trời rọi trực tiếp. Với chiller giải nhiệt nước, cần cung cấp nguồn nước đủ và đạt chuẩn vệ sinh.
• Bảo trì: Thực hiện định kỳ để phát hiện và xử lý sự cố sớm, tránh hỏng hóc nặng.

Trên đây là toàn bộ thông tin giải đáp chiller là gì và các vấn đề xoay quanh việc lắp đặt, vận hành hệ thống trong thực tế. Theo dõi Điện máy Đặng Gia để cập nhật thêm kiến thức hữu ích về thiết bị làm lạnh nhé.