Bộ trao đổi nhiệt chiller

Chiller hay còn gọi là hệ thống điều hòa trung tâm, là hệ thống làm lạnh, được sử dụng trong các khu vực lớn như trung tâm thương mại, các văn phòng hội nghị lớn hay các kho xưởng cần đảm bảo nhiệt độ ở mức lạnh sâu. Hệ thống trao đổi nhiệt Chiller có đặc điểm gì? Được sử dụng như thế nào?

Giới thiệu về hệ thống chiller

Chiller hay còn gọi hệ thống điều hòa trung tâm, đây là hệ thống làm lạnh được sử dụng trong các địa điểm có không gian rộng lớn, những nơi yêu cầu mức độ làm lạnh sâu.

Hệ thống Chiller hoặt động dựa trên nguyên lý hấp thụ và giải phóng nhiệt, giống như điều hoà không khí. Tạo ra sản phẩm không khí lạnh phục vụ sản xuất, đời sống.

Có nhiều loại hệ thống chiller khác nhau như chiller nước, chiller hơi, chiller hấp thụ và chiller hấp thụ hơi nước. Chúng hoạt động với mục đích làm lạnh không gian và bảo đảm nhiệt độ không khí luôn ở mức thấp cần thiết.

Bên cạnh đó hệ thống cũng tích hợp rất nhiều công nghệ hiện đại như công nghệ tiết kiệm năng lượng, bảo toàn năng lượng và các công nghệ tự động hóa hoặc điều khiển từ xa.

Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống Chiller

Ưu điểm

Chiller là hệ thống làm lạnh hiện đại luôn được ưu tiên lựa chọn để sử dụng trong các trung tâm thương mại, siêu thị, khu công nghiệp hay các công trình quy mô lớn.

Dưới đây làm ột số ưu điểm nổi bật của chiller

- Hệ thống làm lạnh chiller giải nhiệt bằng không khí có ưu điểm là dễ lắp đặt, không cần đường ống nước giải nhiệt, không gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

- Hệ thống chiller giải nhiệt bằng nước có ưu điểm là có hiệu suất cao hơn so với hệ thống chiller giải nhiệt bằng không khí, và không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu.

- Hệ thống chiller hấp thu có ưu điểm là tiết kiệm điện năng. Có thể sử dụng nguồn năng lượng tái tạo hoặc phế thải công nghiệp để cung cấp cho máy nén.

- Hệ thống làm mát chiller khuếch tán có ưu điểm là đơn giản, ít chi phí đầu tư và bảo trì. Có thể sử dụng nguồn năng lượng tái tạo hoặc phế thải công nghiệp để cung cấp cho máy nén.

- Hiệu suất làm lạnh vượt trội: Hệ thống làm lạnh công suất cao. Đáp ứng nhiệt độ ổn định cho không gian rộng lớn trong thời gian dài và liên tục.

- Tích hợp công nghệ hiện đại: Các công nghệ tiên tiến như công nghệ tiết kiệm năng lượng, công nghệ bảo toàn năng lượng, công nghệ tự động hóa, điều khiển từ xa chính xác đảm bảo được các yêu cầu cao về nhiệt độ trong ứng dụng.

-Độ bền cao và hoạt động tin cậy: Hệ thống điều hòa chiller được thiết kế từ các vật liệu đặc thù chất lượng cao, có độ bền tốt, có thể hoạt động liên tục rất đang tin cậy trong các môi trường công nghiệp hiện nay.

- Linh hoạt trong sử dụng: Chiller có tính linh hoạt cao, Điều chỉnh nhiệt độ theo mong muốn, đáp ứng nhiều mục đích sử dụng của khách hàng.

- Thân thiện với môi trường: Với việc áo  dụng nhiều công nghệ hiện đại, sử dụng các chất làm lạnh an toàn không gây hại đến tầng ozon và không khí, giúp giảm thiểu các tác động đến môi trường.

Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, chiller cũng tồn tại một số hạn chế nhất định sau đây.

- Chiller chỉ lắp đặt được ở những không gian rộng lớn, không phù hợp cho việc làm lạnh ở những địa điểm có diện tích hạn chế.

- Quá trình thi công lắp đặt hệ thống chiller rất tốn thời gian và nhân công.

- Vận hành hệ thống cần nhân viên có kỹ thuật, yêu cầu về trình độ chuyên môn cao và kinh nghiệm.

- Bảo trì bảo dưỡng định kỳ thường xuyên cho hệ thống đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn.

Cấu tạo

Những bộ phận chính của hệ thống trao đổi nhiệt Chiller gồm có

• Phần làm lạnh ( Evaporator )
• Phần nén khí ( Compressor )
• Phần làm mát ( Condenser )
• Phần van mở/ngắt ( Expansion Valve )
• Phần điều khiển ( Control System )

Sau đây là chi tiết về 3 bộ phận đóng vai trò chính trong việc tạo ra nhiệt độ lạnh:

Máy làm lạnh Water chiller

Máy làm lạnh là một thiết bị quan trọng của hệ thống điều hòa trung tâm. Máy sẽ tạo ra nước lạnh rồi phân phối chúng đến các bộ phận khác như bộ trao đổi nhiệt, cuộn dây để xử lý không khí trong quá trình làm mát.

Cấu tạo máy làm lạnh nước chiller có 4 bộ phận chính là van tiết lưu, máy nén, bình ngưng và thiết bị bay hơi, ngoài ra còn có các bộ phận nhỏ khác.

Các bộ phận này hoạt động thông qua các nguyên tắc của động lực học và sự chuyển đổi trạng thái vật lý của nước: Chất khí chuyển đổi thành chất lỏng, chất lỏng chuyển đổi thành chất rắn, trong quá trình này, nhiệt sẽ được hấp thụ từ môi trường xung quanh dẫn đến hiện tượng làm mát.

Dàn trao đổi nhiệt  AHU 

AHU hay chính là bộ xử lý không khí. Bộ trao đổi nhiệt được thiết kế để lưu thông không khí của hệ thống sưởi ấm, thông gió và hệ thống điều hòa trung tâm.

Bộ xử lý không khí nén hoạt động như một thiết bị trao đổi nhiệt và kiểm soát độ ẩm, đảm bảo độ sạch của không khí trong hệ thống mà môi trường sử dụng.

Một bộ trao đổi nhiệt AHU bao gồm các thành phần chính như:

• Bộ phận quạt gió ( Chiller giải nhiệt gió )
• Bộ phận trao đổi nhiệt ( Coil lạnh )
• Bộ phận lọc gió
• Vỏ bảo vệ
• Các loại van điều chỉnh gió

Dàn trao đổi nhiệt hoạt động giống với thiết bị trao đổi nhiệt. Khi không khí được đưa vào AHU thông qua các van khí, sẽ đi qua bộ phận trao đổi nhiệt trong hệ thống để làm mát và giảm nhiệt độ.

Không khí được làm mát tiếp tục qua bộ phận lọc để loại bỏ bụi bẩn, trước khi chúng được phân phối đi qua các ống dẫn dẫn nhưng khu vực cần thiết.

Tháp tản nhiệt – Cooling Tower

Tháp tản nhiệt là bộ phận quan trọng giúp làm mát đảm bảo hệ thống được hoạt động hiệu quả. Tháp tản nhiệt có vai trò duy trì nhiệt độ cân bằng và ổn định trong suốt quá trình vận hành.

Tháp tản nhiệt bao gồm các thành phần sau:

• Bộ phận vỏ
• Bộ phận giải nhiệt ( Tấm giải nhiệt )
• Bộ phận cánh quạt
• Bộ phận phân nước
• Bộ phận tản nước ( Đệm tản nước )

Tháp tản nhiệt hoạt động dựa vào nguyên lý bay hơi của nước. Hấp thụ nhiệt từ hơi nước và thải vào khí quyển. Phần nước còn lại được tháp làm mát và đưa đến các bộ phận, khu vực cần thiết.

Cụ thể, nước được đưa vào hệ thống và đưa xuống bộ phận tản nhiệt, đồng thời không khí nóng xung quanh tháp sẽ được đưa vào và đẩy lên theo phương thẳng đứng.

Khi nước và không khí gặp nhau, không khí nóng và hơi nước sẽ được đẩy ra bên ngoài, phần nước còn lại sẽ được làm mát rơi xuống bồn và được tuần hoàn trở lại hệ thống.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống chiller

Hệ thống điều hòa trung tâm chiller hoạt động theo các nguyên lý nhiệt động lực học và bảo toàn năng lượng. Sử dụng các thiết bị chính như máy làm lạnh, bộ xử lý không khí ( AHU ), tháp giải nhiệt và cá loại máy bơm khác nhau.

Tất cả các bộ phận trên hợp lại thành một hệ thống hoàn hảo, được thiết kế để tạo điều kiện chuyển đổi trạng thái của nước phục vụ cho việc điều hoà nhiệt độ.

Nước được chuyển từ đường ống vào máy làm lạnh, nơi nước được làm mát xuống nhiệt độ từ 6-7 độ C. Khi nước đã được làm mát xong sẽ được phân phối đến các bộ trao đổi nhiệt AHU.

Ở đó một phần nước sẽ được sử dụng để làm mát không khí bên trong AHU. Không khí nén sẽ được phân tán để giảm nhiệt độ phòng theo nhu cầu mong muốn.

Khi nhiệt độ của không khí trong phòng tăng lên quá mức cài đặt chúng sẽ được tuần hoàn trở lại hệ thống để tái làm lạnh và ở nhiệt độ 7 độ C. Chu kỳ này được duy trì lặp đi lặp lại.

Đồng thời khi làm lạnh nước máy làm lạnh sẽ tạo ra 1 lượng nước nóng khoảng 33-35 độ C. Để tránh các hiện tượng quá nhiệt, lượng nước nóng này sẽ được đưa đến tháp giải nhiệt để giảm nhiệt độ về nhiệt độ phòng (28-29 độ C ), trước khi chúng được đưa trở lại Chiller.

Thiết bị trao đổi nhiệt trong hệ thống chiller

Trong hệ thống chiller gồm 2 quá trình chính là  bay hơi (Evaporator) và ngưng tụ (Condenser). Hai quá trình này hoạt động cần phải có thiết bị trao đổi nhiêt.

Đối với quá trình bay hơi 

Đây là quá trình sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt giúp môi chất lạnh hấp thu nhiệt từ môi chất chỉ định có thể là khí hoặc nước.

Thường dùng các bộ trao đổi nhiệt như thiết bị lồng ống (Shell tube heat exchanger). Ruột gà (Coil heat exchanger), Trao đổi nhiệt dạng tấm (Plate heat exchanger).

Quá trình bay hơi thường là quá trình chính của thiết bị. Nhằm tạo ra môi chất có nhiệt độ thấp để sử dụng.

Đối với quá trình ngưng tụ

Đây là quá trình giải nhiệt cho môi chất sau khi đi qua máy nén. Quá trình này ở hệ thống điều hòa dân dụng thường là quá trình gây thất thoát năng lượng không mong muốn. Nhưng với hệ thống chiller lượng năng lượng này cần được tối ưu.

Để tránh gây lãng phí vì nhiệt lượng môi chất truyền ra rất lớn. Thường nhiệt lượng này được thu hồi bằng cách. Cho môi chất trao đổi với nước để thu lượng nước nóng phục vụ cho sinh hoạt hoặc sản xuất.

Thông dụng là các bộ trao đổi nhiệt dạng hàn kín (Brazed plate heat exchanger). Hoặc có thể dùng loại ghép gioăng (Gaskets Plate heat exchanger)

Những ưu điểm của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm trong hệ thống chiller

- Thiết bị làm việc tốt, dễ dàng đáp ứng với các thiết bị điều khiển tự động và hiệu chỉnh các quy trình công nghệ.

- Thiết bị làm việc hiệu quả ngay cả với môi chất có độ nhớt cao.

- Các tấm được dập nguội nên dễ dàng tạo trên bề mặt tấm những cấu trúc gây dòng chảy rối cho môi chất, do đó nâng cao được hiệu quả truyền nhiệt.

- Do các chi tiết tấm cấu thành giống nhau, các cụm chi tiết tấm giống nhau, nên công nghệ chế tạo các thiết bị có công suất khác nhua cũng giống nhau, vì vậy dễ dàng sản xuất trên quy mô lớn và chi phí giảm.

- Việc bố trí song song các tấm mỏng với khe hẹp giữa chúng cho phép tăng bề mặt trao đổi nhiệt trên một đơn vị thể tích thiết bị, điều này làm giảm đáng kể kích thước của thiết bị.

- Thiết bị dễ tháo lắp do vậy bảo dưỡng và tháo dỡ thiết bị không cần phải có diện tích sản xuất phụ.

- Đảm bảo hệ số truyền nhiệt cao với hệ số trở kháng thuỷ lực thấp.

- Thiết bị gọn nhẹ, chi phí chế tạo thấp.

- Làm việc đáng tin cậy, không bị rò rỉ, kết hợp hài hoà hai yếu tố lắp đặt và bảo dưỡng thiết bị.

- Việc chuẩn hoá các chi tiết cho phép áp dụng rộng rãi loại thiết bị này ở các áp suất và nhiệt độ khác nhau.

Quý khách hàng có nhu cầu về Bộ trao đổi nhiệt chiller hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn. Địa chỉ công ty: HeX Boiler - CÔNG TY TNHH NĂNG LƯỢNG NHIỆT BÁCH KHOA. Địa chỉ: Số 268B, Quốc Lộ 2, Khu 2, Xã Phù Lỗ, Huyện Sóc Sơn, Tp Hà Nội. Hotline: 0917 754 059. Email: info@hexboiler.com