Cấu tạo hệ chiller và các thành phần chính trong hệ chiller

Hệ thống chiller vận hành theo cơ chế nước sẽ được làm lạnh qua bình bốc hơi, thường là đầu vào là 12 độ và đầu ra là 7 độ. 

Cấu tạo của hệ thống chiller

Theo nghiên cứu, một hệ thống chiller cơ bản sẽ được cấu tạo gồm 5 thành phần như sau:

• Cụm trung tâm nước water chiller,
• Hệ thống đường ống nước lạnh và bơm nước lạnh,
• Hệ thống tái sử dụng trực tiếp: AHU, FCU, PAU, PHE..v..v,
• Hệ thống tái sử dụng gián tiếp: hệ thống đường ống gió thổi qua phòng càn điều hòa, các van điều chỉnh ống gió, miệng gió: VAV, DAMPER v..v
• Cuối cùng là hệ thống bơm và tuần hoàn nước qua cooling tower nếu có đối với chiller giải nhiệt nước.

Dưới đây là chi tiết 3 bộ phận chính trong hệ thống Chiller:

Máy làm lạnh – Chiller

Đầu tiên là máy làm lạnh tên tiếng anh là Chiller với cấu tạo gồm 4 thiết bị chính của chu trình nhiệt căn bản đó là: van điều tiết, máy nén gas, dàn nóng và  dàn lạnh, ngoài ra còn có thêm một số thiết bị khác nữa. Có thể hiểu đơn giản máy làm lạnh Chiller là máy sản xuất nước lạnh để cung cấp tới tải của công trình. Chiller thường sẽ được lắp đặt cho nhà máy hoặc trung tâm thương mại.

Theo thống kê, Chiller buộc phải đạt tiêu chuẩn ARI. Việc phân loại Chiller có thể dựa vào Máy nén (Priston, trục vít, ly tâm, xoắn ốc,…) hoặc dựa vào loại thiết bị ngưng tụ như Giải nhiệt nước (water-cooled), Giải nhiệt gió (Air-Cooled), hay thiết bị hồi nhiệt (Heat Recovery).

Về nguyên lý hoạt động, Chiller hoạt động dựa trên các nguyên lý nhiệt học, áp dụng sự chuyển đổi lý tính trạng thái vật chất: Hơi nước ngưng tụ thành chất lỏng, chất lỏng ngưng tụ thành chất rắn. Theo đó, chất rắn khi chuyển sang trạng thái lỏng hoặc khí sẽ có tính chất thu nhiệt xung quanh để làm lạnh. Qua hình ảnh trên ta có thể biết được nhiệt độ của từng quá trình trong chu trình lạnh máy lạnh chiller

Cụ thể vòng tuần hoàn trong máy làm lạnh Chiller sẽ diễn ra theo chu trình kín, gas ở trạng thái áp suất thấp được bơm nước và sẽ bị nén bởi máy nén gas. Lúc này gas sẽ nhận nhiệt độ từ nước chuyển sang trạng thái hơi, nóng lên và được nén lên áp suất cao, được bơm vào dàn nóng. Tại đây sẽ có 1 lượng khí mát được thổi từ tháp giải nhiệt về để làm giải nhiệt gas và chuyển gas sang trạng thái lỏng. Đông thời sẽ có một lượng khí nóng được đưa đến tháp giải nhiệt để làm lạnh.

Trạng thái chuyển hóa từ hơi sang lỏng của gas sẽ được điều chỉnh bằng van điều tiết, sau đó được bơm vào dàn lạnh. Tại đây sẽ có 1 lượng nước lạnh đã trao đổi nhiệt từ AHU về và 1 lượng khác được cung cấp cho AHU để trao đổi nhiệt. Và nước tiếp tục được bơm vào máy nén gas, gas lạnh lỏng bay hơi, thu nhiệt từ nước để làm cho nước mất nhiệt, lạnh đi.

Dàn trao đổi nhiệt AHU

AHU có tên đầy đủ là Air Handling Unit, là một thiết bị trao đổi nhiệt và xử lý nhiệt ẩm, tạo độ sạch cho không khí. Về cấu tạo, AHU được thiết kế gồm các bộ phận chính:

• Quạt gió: có nhiệm vụ điều chỉnh, thổi gió qua các đường ống gió đến nơi cần sử dụng.
• Bộ trao đổi nhiệt (coil lạnh) được thiết kế nhiều dàn coil ống đồng với nhiệm vụ xư rlys nhiệt ẩm trong hệ thống.
• Bộ lọc gió: bộ phận có chức năng lọc bụi, giữ bụi với nhiều cấp độ lọc khác nhau. Mục đích loại bỏ tạp chất, đảm bảo chất lượng không khí.
• Vỏ bảo vệ: khung nhôm định hình giúp tạo lớp vỏ cách nhiệt, được thiết kế bo tròn để chống lại sự bám bụi bên ngoài.
• Các loại van gió để điều chỉnh lượng gió thổi vào dàn trao đổi nhiệt AHU.

Về cơ chế hoạt động, bản chất AHU vốn là dàn trao đổi nhiệt để xử lý nhiệt ẩm không khí thổi qua nó. Không khí đi qua AHU sẽ được xử lý để điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm bằng các nguyên lý nhiệt học.

Cụ thể, khi không khí được đưa vào AHU bằng các van gió sẽ được tiếp xúc với bộ trao đổi nhiệt bên trong hệ thống AHU để tạo ra nguồn không khí lạnh. Sau đó tiếp tục được đi qua bộ lọc gió để lọc bụi và quạt gió để điều chỉnh, thổi không khí lạnh qua các đường ống gió rồi mới cho đến các phòng cần sử dụng. Lượng khí sau khi thoát ra từ phòng điều hòa một phần sẽ quay về AHU thông qua van gió và phần còn lại thải ra ngoài.

Song song với quá trình đó, khi nhiệt độ trong phòng lớn hơn nhiệt độ cài đặt, van điều tiết nước lạnh sẽ mở cho nước lạnh từ máy làm lạnh Chiller về dàn trao đổi nhiệt. Đến khi đạt mức nhiệt độ cài đặt ban đầu thì đóng lại, nước lạnh sẽ tiếp tục chảy qua đường thoát để về lại máy làm lạnh Chiller.

Tháp giải nhiệt Cooling Tower

Tháp giải nhiệt là thiết bị có chức năng làm mát cho hệ thống để đảm bảo quá trình vận hành đạt hiệu quả. Bên cạnh đó, còn giúp môi trường thông thoáng, đảm bảo nhiệt độ luôn ở mức ổn định. Cấu tạo của tháp giải nhiệt gồm các bộ phận dưới đây:

• Vỏ tháp: được sản xuất bằng chất liệu sơn thủy tinh chống gỉ, có độ bền cao, chống ăn mòn. Xung quanh được bọc bởi các thanh sắt có định xi mạ kẽm.
• Tấm giải nhiệt: được thiết kế dạng sóng, chất liệu nhựa cao cấp, có nhiệm vụ phân chia dòng nước, giải nhiệt nguồn nước nóng.
• Cánh quạt: chất liệu hợp kim nhôm giúp điều chỉnh lưu lượng gió theo nhu cầu, giữ cân bằng.
• Bộ phận phân nước: thiết kế theo dạng đầu phun áp thấp, lỗ ống lớn giúp phân nước đều lên tấm giải nhiệt.
• Đệm tản nước: chất liệu PVC giúp cản gió, giảm thất thoát dòng chảy và hạn chế lần thêm nước.

Về cơ chế hoạt động, tháp giải nhiệt hoạt động dựa trên sự bay hơi của nước, trích nhiệt từ hơi nước và thải khí ra ngoài khí quyển, phần nước đọng lại bên trong sẽ được làm mát và đưa đến bộ phận cần giải nhiệt.

Cụ thể, nước nóng sau khi được đưa vào hệ thống sẽ được phun dưới dạng tia nước và rơi xuống bề mặt của tấm giải nhiệt. Đồng thời, luồng không khí nóng từ bên ngoài cũng sẽ được đưa vào bên trong tháp và được đẩy lên theo chiều thẳng đứng. Khi nước và không khí nóng gặp nhau, khí nóng sẽ bị cuốn theo hơi nóng lên cao để thải ra bên ngoài. Phần nước được hạ nhiệt sẽ tự động rơi xuống bồn chứa và được dẫn đi theo hệ thống.

Để hiểu rõ hơn về hệ thống chiller ta có thể tìm hiểu thêm về sơ đồ nguyên lý hệ chiller dễ hiểu dưới đây

Sơ đồ nguyên lý hệ thống chiller

Trên đây là sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống Chiller bao gồm các thiết bị chính như máy làm lạnh Chiller, dàn trao đổi nhiệt AHU, tháp giải nhiệt, máy bơm…Về cơ bản theo lý thuyết hệ thống Chiller giải nhiệt nước áp dụng nguyên lý chuyển hóa trạng thái của nước ở dạng khí ngưng tụ thành lỏng, lỏng đông đặc chuyển thành rắn.

Cụ thể, ban đầu nước sẽ được vận chuyển trong đường ống vào máy làm lạnh Chiller, tại đây sẽ được hệ thống làm lạnh xuống mức 6-7⁰C. Sau đó, nước này sẽ được bơm nước lạnh và phân phối cho các dàn trao đổi nhiệt AHU. Tại đây, sau khi được tiếp nhận, một phần nước lạnh sẽ làm lạnh không khí trong AHU và không khí đó sẽ được thổi ra bên ngoài để làm mát không gian sống ở mức nhiệt 12-13⁰C. Khi không khí tăng lên 26-28⁰C sẽ được bơm quay về các dàn trao đổi nhiệt AHU. Một phần nước lạnh từ dàn trao đổi nhiệt AHU ở nhiệt độ 12-14⁰C sẽ được bơm quay về máy làm lạnh Chiller để làm lạnh xuống 7 ⁰C. Chu trình này sẽ được diễn ra tuần hoàn lặp lại như trên.

Ở một chu trình khác, đó là chu trình giải nhiệt dựa theo nguyên lý bảo toàn năng lượng. Khi máy làm lạnh Chiller làm lạnh nước nó sẽ sản sinh ra một lượng nước có nhiệt độ nóng ở mức 33-35⁰C. Lúc này, để máy làm lạnh Chiller không bị quá nhiệt, lượng nước này sẽ được bơm vào các tháp giải nhiệt để làm mát về nhiệt độ 28-30⁰C và sau đó được bơm quay trở lại máy làm lạnh Chiller, tạo thành một vòng tuần hoàn được lắp đi lặp lại.