Chiller là gì? Hệ thống máy lạnh Chiller là gì?

Chiller là gì? Nó có cấu tạo và ứng dụng như thế nào? Để hiểu rõ hơn về loại máy này, mời bạn đọc tìm hiểu chi tiết qua bài viết sau đây của đội ngũ kỹ sư Công ty Cổ Phần Cơ Điện Lạnh Miền Nam nhé

1/ Định nghĩa Chiller là gì?

Chillers: Là máy sản xuất nước lạnh để cung cấp tới tải của công trình. Thường được lắp đặt cho nhà máy hoặc trung tâm thương mại.

Hệ thống chiller hay còn được gọi là hệ thống điều hòa trung tâm chiller là loại máy phát sinh ra nguồn lạnh để làm lạnh các đồ vật, thực phẩm, là máy sản xuất nước lạnh dùng trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm, sử dụng nước là chất tải lạnh. Nước sẽ được làm lạnh qua bình bốc hơi (thường vào 12 độ và ra 7 độ).

Thực chất máy Chiller gồm 4 thiết bị chính của chu trình nhiệt căn bản là máy nén, van tiết lưu, thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi. Ngoài ra có thêm 1 số thiết bị khác. Thường thì Chiller được sản xuất nguyện cụm không tách rời. Chiller phải đạt tiêu chuẩn theo ARI .

Việc phân loại chiller có nhiều cách như: theo máy nén (Piston,trục vít, xoắn ốc, ly tâm..), theo thiết bị ngưng tụ như giải nhiệt nước (water-cooled), hay giải nhiệt gió(Air-cooled), loại thiết bị hồi nhiệt (heat recovery), loại lưu lượng qua bình bốc hơi không thay đổi hay thay đổi lưu lượng nước,… Ngoài ra còn có loại Chiller hấp thụ.

2/ Hệ thống điều hòa trung tâm nước (Chiller)

Gồm 5 phần cơ bản:

• 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 .v.v.
• 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.v.v.
• Hệ Thống Bơm và tuần hoàn nước qua Cooling Tower (nếu có) đối với chiller giải nhiệt nước.

3/ Ứng dụng của Chiller

Thiết bị làm lạnh nước công nghiệp (water chillers) được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, nơi nước lạnh hoặc chất lỏng được lưu thông qua thiết bị xử lý.

Thường được sử dụng để làm mát các sản phẩm và máy móc, máy làm lạnh nước được sử dụng trong vô số các ứng dụng khác nhau. Bao gồm ép phun, công cụ và cắt chết, thực phẩm và đồ uống, hóa chất, laser, máy công cụ, bán dẫn và nhiều hơn nữa.

4/ Chức năng

Chức năng của một máy làm lạnh nước công nghiệp là để di chuyển nhiệt từ một địa điểm (thường là thiết bị hoặc sản phẩm quá trình) đến một nơi khác (thường là không khí bên ngoài cơ sở sản xuất). Nó rất phổ biến để sử dụng nước hoặc một giải pháp nước để truyền nhiệt đến và đi từ máy làm lạnh.

Quá trình này cần có một hồ chứa và hệ thống bơm. Bất kể ngành công nghiệp và quy trình của bạn, đảm bảo rằng bạn có đủ sự làm mát là rất quan trọng đối với năng suất và tiết kiệm chi phí.

5/ Chiller là việc như thế nào?

• Trong hầu hết các ứng dụng làm mát quy trình, một hệ thống bơm tuần hoàn nước lạnh hoặc một dung dịch nước / glycol từ máy làm lạnh đến quy trình. Chất lỏng mát này loại bỏ nhiệt từ quá trình và chất lỏng ấm trở lại máy làm lạnh. Nước quá trình là phương tiện mà từ đó nhiệt chuyển từ quy trình đến máy làm lạnh.

• Quá trình làm lạnh có chứa một hợp chất hóa học, được gọi là chất làm lạnh. Có rất nhiều loại chất làm lạnh và ứng dụng tùy thuộc vào nhiệt độ cần thiết nhưng tất cả đều hoạt động theo nguyên tắc cơ bản về nén và thay đổi pha của chất làm lạnh từ chất lỏng thành khí và trở lại chất lỏng. Quá trình này làm nóng và làm mát chất làm lạnh và thay đổi nó từ khí thành chất lỏng và ngược lại là chu trình làm lạnh.
• Chu kỳ làm lạnh bắt đầu bằng hỗn hợp chất lỏng / khí áp suất thấp đi vào thiết bị bay hơi. Trong thiết bị bay hơi, nhiệt từ nước xử lý hoặc dung dịch nước / glycol đun sôi chất làm lạnh, làm thay đổi nó từ chất lỏng áp suất thấp thành khí áp suất thấp. Khí áp suất thấp đi vào máy nén, nơi nó được nén thành khí áp suất cao. Khí áp suất cao đi vào bình ngưng nơi không khí xung quanh hoặc nước ngưng tụ loại bỏ nhiệt để làm nguội nó thành chất lỏng áp suất cao. Chất lỏng áp suất cao di chuyển đến van mở rộng, điều khiển lượng chất làm lạnh lỏng đi vào thiết bị bay hơi, do đó bắt đầu chu trình làm lạnh lại.

Có hai loại bình ngưng được sử dụng trong thiết bị làm lạnh đó là: làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước.

• Một bình ngưng làm mát bằng không khí sử dụng không khí xung quanh để làm mát và ngưng tụ khí lạnh nóng trở lại chất lỏng. Nó có thể được đặt bên trong máy làm lạnh hoặc có thể được đặt từ xa bên ngoài, nhưng cuối cùng nó từ chối nhiệt từ máy làm lạnh vào không khí.
• Trong bình ngưng làm mát bằng nước, nước từ một tháp làm mát nguội và ngưng tụ chất làm lạnh.

>>> Xem thêm: Van tiết lưu là gì?

6/ Máy lạnh được chia làm 2 loại chính

Máy lạnh được chia làm hai loại chính. Loại thứ nhất là máy lạnh cơ động, sử dụng máy nén khí làm động cơ để hoạt động. Loại thứ hai là máy lạnh dùng môi chất thẩm thấu để vận hành trong quá trình trao đổi nhiệt.

Hiệu suất của máy lạnh cơ động thường cao hơn so với máy lạnh dùng môi chất thẩm thấu. Tuy thế, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng. Máy lạnh cơ động linh hoạt hơn và có thiết kế gọn gàng, nhưng thường lệ thuộc vào nguồn điện để chạy máy nén.

Trong khi đó, máy lạnh dùng môi chất thẩm thấu kém linh hoạt hơn và có thiết kế cồng kềnh hơn, nhưng lại không cần điện năng để hoạt động mà sử dụng trực tiếp các nguồn năng lượng đầu vào như dầu khí, than đá hoặc nguồn nhiệt năng khác để tái tạo hệ thống môi chất thẩm thấu.

7. Mô hình hệ thống hoạt động của hệ thống Chiller như sau:

7.1 Có 4 vòng tuần hoàn cho hệ thống như sau:

• Vòng tuần hoàn màu đỏ: Là vòng tuần hoàn nước nóng bơm vào cooling tower thải nhiệt này ra môi trường.
• Vòng tuần hoàn màu xanh: Là vòng tuần hoàn gas lạnh trong cụm water chiller.
• Vòng tuần hoàn màu tím nhạt: Là vòng tuần hoàn nước lạnh được bơm đến AHU, FCU, PAU, PHE .v.v.
• Vòng tuần hoàn màu vàng: Là vòng tuần hoàn của hệ thống ống gió thổi vào phòng được điều hòa.

7.2. Mô hình hệ thống thực tế như sau:

7.3. Các thiết bị trong hệ thống:

7.3.1. Cụm Water Cooled Chiller (Máy làm lạnh nước):

Là trung tâm của hệ thống, tiêu thụ điện năng lớn nhất và có giá thành cao nhất so với các thiết bị khác.

Được sản xuất hàng loạt công nghiệp theo những công suất định sẵn tại các nước có nền công nghệ cao, từ đó phân phối riêng lẻ cho các công trình tòa nhà lớn trên toàn thế giới.

Việc chọn lựa và tính toán đơn giản hơn so với các thành phần còn lại của hệ thống. Được chọn theo năng suất lạnh yêu cầu (ví dụ, cứ 15m2 cần 1 tấn lạnh đối với điều hòa thông thường). Cần xem xét loại máy nén gas, loại gas, hiệu suất làm việc (cấp giảm tải, chạy biến tần, v.v.). Hoặc một số yêu cầu kèm theo như: tích hợp bơm nhiệt, sử dụng chất tải lạnh glycol, v.v.

Các thương hiệu hàng đầu thế giới: Trane, Carrier, York, McQuay, Hitachi, Climaveneta, Dunham-Bush, v.v.

7.3.2. Hệ thống bơm và đường ống nước lạnh:

Bơm nước:

• Chức năng: Đảm nhiệm việc bơm nước lạnh từ Chiller đến các thiết bị sử dụng trực tiếp (nước lạnh sinh hoạt trao đổi qua tấm PHE, AHU, FCU, PAU, v.v.). Hiệu suất sẽ cao hơn nếu mỗi chiller có một bơm riêng. Bơm nên là loại dùng cho nhà cao tầng, có độ ồn thấp và cột áp không cần quá cao (do hệ thống tuần hoàn kín, cột áp đi và về cân bằng).
• Lưu ý vận hành: Lưu lượng nước từ bơm qua chiller cần luôn được giữ ổn định, không tăng hay giảm công suất lưu lượng bơm bằng biến tần nếu không có sự kết hợp khoa học của hệ thống.
• Chọn công suất bơm: Dựa vào cột áp nước và lưu lượng nước (lưu lượng có sẵn theo thông số Chiller đã chọn). Việc tính toán cột áp bơm nước khá phức tạp do nhiều thông số cần xem xét (lưu lượng nước, độ dài đường ống, độ cao, sụt áp qua co, cút, tê, AHU, FCU, PAU, v.v.). Mặc dù có thể tính toán bằng tay để làm thuyết minh dự thầu, nhưng đa số vẫn dựa vào phần mềm chuyên dụng để có kết quả chính xác nhất.

Đường ống:

• Vật liệu: Thường là ống thép đen được bọc cách nhiệt cho đường nước lạnh. Ống thép đen hoặc ống đồng dùng cho đường ống nước nóng dẫn ra cooling tower. Hiện nay, ống nhựa PPR cũng bắt đầu được sử dụng trong hệ thống chiller và một số công trình đã áp dụng thành công.
• Lựa chọn kích thước: Dựa vào lưu lượng nước mà đường ống vận chuyển. Đường ống quá nhỏ dẫn đến tổn thất áp suất nước lớn, đồng thời đường ống phải chịu áp suất cao hơn khi hoạt động. Đường ống quá lớn làm tăng chi phí thi công và giá thành.
• Quy trình chọn: Tùy theo lưu lượng nước, tra cứu catalog của nhà sản xuất để chọn kích thước đường ống phù hợp.

7.3.3. Hệ thống AHU (Air Handling Unit), FCU (Fan Coil Unit), PAU (Primary Air Unit) và MAU (Make-Up Air Unit):

AHU, FCU và PAU về bản chất giống nhau nhưng khác nhau về mục đích sử dụng và quy mô.

• AHU (Air Handling Unit): Là thiết bị trung tâm xử lý không khí cho toàn bộ hệ thống ống gió, phân phối không khí đã qua xử lý (lọc, làm lạnh, gia nhiệt, tách ẩm hoặc tạo ẩm) đến các khu vực khác nhau. AHU thường được sử dụng cho không gian lớn và có thể tích hợp nhiều lớp lọc bụi, nhiều dàn coil (nước nóng hoặc lạnh) tùy theo yêu cầu xử lý.
• FCU (Fan Coil Unit): Dùng cho các phòng nhỏ hoặc khu vực mà hệ thống ống gió của AHU không thể tiếp cận, hoặc khi có yêu cầu điều khiển nhiệt độ và độ ẩm riêng biệt cho từng phòng. FCU có khả năng xử lý không khí hạn chế hơn AHU do kích thước nhỏ. Khi yêu cầu xử lý không khí cao hơn, có thể sử dụng thêm PAU kết nối với nhiều FCU.
• PAU (Primary Air Unit): Cung cấp gió có độ chứa hơi nước thấp hơn (khô hơn) so với không khí trong không gian điều hòa. “Khô” ở đây đề cập đến độ chứa hơi nước tuyệt đối, không phải độ ẩm tương đối (vì gió sau khi qua coil FCU thường có độ ẩm tương đối cao 85-95%). PAU luôn cung cấp gió ở nhiệt độ càng thấp càng tốt (thường >9°C nếu dùng VAV, >11°C nếu dùng CAV) để giảm kích thước của FCU hoặc dàn lạnh trong nhà.
• MAU (Make-Up Air Unit): Cung cấp không khí tươi bổ sung cho hệ thống để bù đắp lượng không khí bị thất thoát do hút gió thải hoặc rò rỉ. MAU thường được tích hợp bộ lọc và có thể có chức năng gia nhiệt hoặc làm lạnh không khí tươi trước khi đưa vào hệ thống.

Mô hình AHU:

AHU (Air Handling Unit) là thiết bị trung tâm trong hệ thống điều hòa không khí, có chức năng trao đổi nhiệt giữa môi chất lạnh (nước lạnh hoặc chất làm lạnh) hoặc môi chất nóng (nước nóng hoặc hơi nước) với không khí cần điều hòa. Cấu trúc cụ thể của AHU có thể khác nhau tùy theo nhà sản xuất.

Đặc điểm nổi bật:

• Tính tùy biến cao: Mỗi AHU thường được thiết kế và sản xuất theo yêu cầu riêng biệt của từng dự án, đảm bảo đáp ứng chính xác các thông số kỹ thuật về lưu lượng gió, nhiệt độ, độ ẩm trước và sau khi xử lý không khí. Hệ thống tủ điều khiển và kết nối cũng được chế tạo riêng, đảm bảo tính tương thích và hiệu quả vận hành tối ưu.
• Phần mềm tính chọn: Nhằm hỗ trợ quá trình lựa chọn AHU, các nhà sản xuất thường cung cấp phần mềm tính chọn chuyên dụng. Người dùng chỉ cần nhập các thông số yêu cầu của dự án, phần mềm sẽ tự động phân tích và đề xuất các mẫu AHU phù hợp nhất, đồng thời cung cấp giải pháp điều khiển và kết nối với hệ thống quản lý tòa nhà (BMS).

Đường ống nước lạnh vào AHU:

Do không phải lúc nào các coil AHU cũng hoạt động đầy tải mà do quá trình thiết kế luôn dự trử công suất lạnh với mức cao nhất. Điều này dẩn tới các tải luôn hoạt động ở chế độ non tải, và các phương pháp tăng hiệu quả khi chạy ở chế độ non tải ra đời đang dần được cải tiến. Các giải pháp theo bác herot trên HVAC như sau:

• Van 2 ngả (two way valve control).

• Van 3 ngả (three way valve control)
• Face and bypass damper control
• Primary-Secondary (Hệ thống 2 vòng nước);
• Variable Primary Flow (VPF) (Hệ thống lưu lượng thay đổi với đoạn ống by pass).

* Van 3 Ngả (three way valve control): Lưu lượng nước liên tục. Tổn hao áp lực nước qua hệ thống lớn, dẩn đến hao điện máy bơm nước. Việc hòa trộn nước hồi và nước lạnh cấp không tốt như mong muốn.

* Van 2 Ngả và bypass (two way valve control and bybass): Thay đổi lưu lượng nước cấp, áp lực được giải phóng qua van bypass do đó sụp áp đặt trên bơm cũng nhẹ đi và tiết kiệm điện máy bơm.

* Face and bypass damper control (Bề mặt cửa gió dạng Bypass):

• Nhờ qua hệ thống cửa gió điều chỉnh được, giúp cho một lượng gió thổi qua bypass damper khi chạy non tải.

• Vừa tiết kiệm được ống bybass, mà sụt áp nước ít nên tiết kiệm điện cho máy bơm, nhưng giá thành và điều khiển loại này đắc hơn 2 loại trên.

* Primary-Secondary (Hệ thống 2 vòng nước):

Hệ thống Primary-Secondary phân chia thành hai vòng nước độc lập:

• Vòng sơ cấp (Primary): Đảm nhận việc cung cấp nước lạnh cho cụm chiller, do đó thường chỉ cần bơm có cột áp thấp. Bơm trong vòng này phải hoạt động ở tốc độ cố định vì công nghệ sản xuất chiller hiện tại yêu cầu lưu lượng nước qua chiller phải là hằng số. Nếu lưu lượng thay đổi, hệ thống sẽ tự động tắt chiller và báo lỗi.
• Vòng thứ cấp (Secondary): Chịu trách nhiệm phân phối nước lạnh đã được làm mát từ chiller đến các tải tiêu thụ trong công trình. Vòng này sử dụng bơm biến tần, cho phép điều chỉnh tốc độ vô cấp để giảm điện năng tiêu thụ khi nhu cầu làm mát thấp.
• Đường bypass: Hệ thống bắt buộc phải có đường bypass để duy trì lưu lượng nước qua chiller ở mức cố định, đảm bảo hoạt động ổn định của chiller. Đường bypass này không được lắp đặt bất kỳ van chặn nào (ngoại trừ có thể có van một chiều để ngăn nước từ đầu hút của bơm sơ cấp chảy ngược vào đầu hút của bơm thứ cấp).
• Ưu và nhược điểm: Ưu điểm chính của hệ thống Primary-Secondary là khả năng tiết kiệm năng lượng cho bơm tuần hoàn nhờ sử dụng biến tần. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là đòi hỏi thêm một hệ thống bơm riêng biệt và các chi phí phụ kiện kèm theo, làm tăng chi phí đầu tư ban đầu.

* Variable Primary Flow VPF ( Hệ thống lưu lượng thay đổi với đoạn ống by pass):

• Khi này chỉ còn một hệ Bơm duy nhất đi qua Evaporator của Chiller với các Bơm dùng Biến tần điều khiển.
• Khi giảm tải thì Chiller cùng Bơm nước đều có khả năng giảm tải, khi này phải dùng một đường ống Bypass với van điều chỉnh trên đó (nhìn sơ qua thì cứ tưởng giống hệt như Hệ thống thứ 2 đã nói ở trên nhưng thực tình thì nguyên lý khác hoàn toàn). Van Bypass này với mục đích để duy trì lượng nước qua Chller không được thấp hơn một giá trị Minimum mà Chiller đã có.
• Khi này các dàn Coil cũng phải sử dụng hệ thống Van 2 ngả để có thể dùng cảm biến Delta P (cảm biến hiệu áp suất) điều khiển các Bơm.
• Việc tính toán đường ống Bypass này phải đáp ứng được lưu lượng nhỏ nhất của Chiller lớn nhất trong hệ thống, thông thường khi chọn lựa một Chiller thì nhà sản xuất sẽ phải cung cấp cho bạn giá trị Minimum này.
• Theo nghiên cứu của tổ chức ASHRAE thì hệ thống VPF này có khả năng:
  • Giảm năng lượng tiêu tốn trên toàn hệ thống đến 3% mỗi năm
  • Giảm chi phí đầu tư khoang 4-8% do giảm được số lượng bơm so với hệ số 3, và tiết kiệm không gian, Co, Tee, Fitting kèm theo nó.
  • Giảm chi phí vòng đời, bảo trì khoảng 3-5%
  • Giảm năng lượng cho hệ Bơm nước lạnh từ 25-50%
  • Giảm năng lượng Chiller đến 13%
  • Những thông số trên đây đều có cơ sở để chứng minh với những tính năng của hệ thống VPF sẽ tóm lược sau đây: có khả năng kéo dãn dải công suất Chiller ép phải hoạt động ở chế độ đầy tải với hiệu suất cao nhất, giảm số lần đóng mở hệ Chiller làm tăng tuổi thọ, tăng độ tin cậy…

7.3.4. Hệ thống Ống gió:

• Hòa trộn gió tươi và gió hồi, lượng gió hòa trộn này sẻ được đưa vào AHU hay FCU để xử lý theo yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm của không gian điều hòa.
• Có nhiều phương pháp tính toán ống gió. Nhưng phương pháp sử dụng phổ biến là phương pháp ma sát đồng điều.
• Tính toán không quá mấy phức tạp do dể dàng trong lựa chọn số lượng miệng gió và kích thước từng đoạn nhánh. thông số chủ yếu là lưu lượng gió và độ ồn yêu cầu điều dể dàng tra ra được. Mà điều khó khăn nhất là thể hiện trên bản vẻ 2D hoặc 3D để ra thông số chính xác nhất cho nhà đầu tư.
• Ngoài ra còn có hệ thống ống gió khác như ống gió hồi, ống gió thải, ống gió tăng áp cầu thang .v.v.

7. 3.5 Hệ thống kết nối điều khiển Chiller:

• Từng phần thiết bị: Chiller, AHU, FCU, PAU, Van 2 – 3 Ngả.v.v. điều hoạt động độc lập bởi bộ điều khiển DDC. Và DDC có thể nhận tín hiệu từ cảm biến (cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng gió và nước, nồng độ CO2.v.v.), được lập trình điều khiển sẳn bằng máy tính và có tích hợp cổng truyền thông.
• DDC có kết nối với hệ thống máy tính chủ qua các chuẩn giao tiếp (cổng giao tiếp truyền thông RS232, RS485.v.v.) kết nối được với nhau.
• Qua đó máy tính chủ có thể nhận biết các hệ thống nào đang hoạt động và tình trạng hoạt động. Do máy tính có thêm chức năng phân quyền điều khiển mà máy tính chủ có thể tác động can thiệp vào dữ liệu đã được lập trình sẳn trên DDC để điều khiển thiết bị đó theo nhu cầu của người quản lý của máy tính chủ.
• Việc lập trình, điều khiển và đảm bảo các thiết bị có thể giao tiếp được với nhau (bởi tính hiệu số đòi hỏi các thiết bị phải có chung một chuẩn giao tiếp như giao tiếp như HTML, Lon Works, BAC Net, OPC, AdvanceDDE, modbus, ODBC.v.v) để kết nối với máy tính với phần mềm BMS viết riêng cho công trình tòa nhà. Đa số là do một công ty điều khiển và sử dụng một dòng hàng điều khiển chuyên dùng riêng của hảng (VD: thiết bị delta.v.v.).

Máy làm lạnh gì tốt nhất cho quy trình của bạn?

Hệ thống làm lạnh có phạm vi rộng và thiết kế và có sẵn như các đơn vị làm lạnh nhỏ, được bản địa hóa hoặc di động cho các ứng dụng nhỏ hơn hoặc thiết bị làm lạnh trung tâm lớn được thiết kế để cung cấp làm mát cho toàn bộ quy trình.

Nếu bạn muốn biết thêm chi tiết về giải pháp làm mát tốt nhất cho công trình của bạn, vui lòng liên hệ với Điện Lạnh Miền Nam để được tư vấn chi tiết cụ thể hơn.

THÔNG TIN LIÊN HỆ

CÔNG TY CỔ PHẦN CƠ ĐIỆN LẠNH MIỀN NAM

• Trụ sở chính: 32 -34 Đường B4, Khu phố 3, Phường An Phú, Tp.Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh
• Tổng Đài: (028) 2253 5844
• Hotline/Zalo: 0908 385 011
• Email: [email protected]
• Website: https://dienlanhmiennam.com
• Fanpage: Vật Tư Điện Lạnh

Bài viết được chia sẻ từ Công Ty Cổ Phẩn Cơ Điện Lạnh Miền Nam