Hệ thống bơm Chiller|Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

I.Hệ thống bơm chiller là gì?

Hệ thống bơm Chiller (Chiller central air conditioning system) hay còn được gọi là hệ thống điều hòa trung tâm là một hạng mục – hệ thống chịu trách nhiệm điều hòa nhiệt độ không khí cụ thể là làm mát – lạnh bên trong công trình… Hệ thống thường được áp dụng tại các công trình có diện tích xây dựng lớn như trung tâm thương mại, siêu thị, các nhà xưởng sản xuất,…

Hệ thống Chiller được vận hành bởi máy phát sinh ra nguồn làm lạnh để làm lạnh các đồ vật, thực phẩm hay chính là máy sản xuất nước làm lạnh dùng trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm, sử dụng nước là chất tải lạnh. 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.

II. Cấu tạo của hệ thống điều hòa trung tâm Chiller

Hệ thống điều hòa trung tâm Chiller gồm có cấu tạo gồm 5 phần chính bao gồm:

1.Cụm trung tâm nước Water Chiller 

Cụm trung tâm nước Water Chiller là trung tâm của hệ thống, tiêu thụ điện năng lớn nhất, giá thành cao nhất so với thiết bị khác. Sản phẩm 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 theo các công trình lớn nước ngoài.

Việc chọn lựa và hàm lượng tính toán đơn giản so với các thành phần còn lại của hệ thống. Được chọn theo năng suất lạnh yêu cầu (lấy đơn giản 15m² bằng 1 tons loại điều hòa thường). 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: gắn bơm nhiệt, chất tải lạnh glycol .v.v.

Các thương hiệu hàng đầu thế giới: Trane, Carrier, York, Mc Quay, Hitachi,Climaveneta, Dunham – bush.v.v.

2. Hệ thống đường ống nước lạnh và bơm nươc lạnh 

a. Bơm nước

+ Bơm nước của hệ thống điều hòa trung tâm chịu trách nhiệm bơm nước lạnh qua Chiller đến tải sử dụng trực tiếp (Nước lạnh sinh hoạt trao đổi qua tấm PHE, AHU, FCU, PAU.v.v.). Hiệu suất cao hơn nếu mỗi Chiller có riêng một bơm cho mình, bơm là loại bơm dùng cho nhà cao tầng có độ ồn nhỏ, cột áp không cao lắm (vì cân bằng tuần hoàn kín giữa cột áp đi và cột áp về).

+ Lưu lượng nước từ bơm qua Chiller luôn phải được giữ ổn định, không tăng hay giảm công suất lưu lượng bơm bằng biến tần nếu không có sự kết hợp có 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 có phần phức tạp do các thông số toán nhiều (lưu lượng nước, độ dài đường ống, độ cao, sụt áp qua co, cút, Tê, AHU, FCU, PAU .v.v.). Mặt dù có tính toán bằng tay để làm thuyết minh dự thầu. Nhưng đa số vẫn dựa vào phần mềm phân tích tính toán để đưa ra kết quả tốt nhất.

b. Đường ống nước lạnh

+ Thường là ống thép đen được bọc cách nhiệt với đường nước lạnh. Ống thép đen hay ống đồng với đường ống nước nóng dẩn ra Cooling tower. Hiện nay người ta bắt đầu thiết kế sang ống nhựa PPR cho hệ thống Chiller, một số công trình dùng ống loại này hiện đang sử dụng rất tốt.

+ Việc lựa chọn kích thước đường ống dựa vào lưu lượng  mà nó chuyên chở: Đường ống nhỏ quá dẩn đến tổn thất áp suất nước lớn đồng thời đường ống phải chịu áp suất cao hơn khi làm việc. Đường ống quá lớn dẩn đến tăng giá thành do thi công và giá đường ống.

+ Tùy theo lưu lượng mà ta chọn kích thước đường ống, tra theo Catalog nhà sản xuất.

3. Hệ thống tái sử dụng trực tiếp : AHU. FCU, PAU, PHE,…

Trên thực tế thì AHU, FCU, PAU, có bản chất giống nhau nhưng mục đích sử dụng lại khác nhau.

• Thiết bị AHU: là bộ xử lý nhiệt ẩm hệ thống ống gió trung tâm và chia ra làm nhiều ống gió phụ đi vào không gian điều hòa. Như vậy một AHU có thể có nhiều lớp lọc bụi, nhiều dàn coil ống đồng (nước nóng hoặc lạnh) theo điều kiện xử lý yêu cầu và dùng cho một không gian lớn.
• FCU: thì dùng cho nhiều phòng nhỏ hay khu vực nhỏ nơi mà hệ thống ống gió của AHU không thể tới được, hay với yêu cầu một vài phòng nằm trong khu vực với yêu cầu nhiệt độ và độ ẩm khác với AHU đang lắp sử dụng. FCU không xử lí nhiệt ẩm tốt bằng AHU (do kích thước sản xuất hạn chế). Nên với yêu cầu đòi hỏi cao ta bắt buột sử dụng thêm bộ xử lý PAU (lọc, làm lạnh,gia nhiệt, tách ẩm hay tạo ẩm) được lắp bên ngoài và nối ống gió cho nhiều FCU bên trong.
• PAU: Luôn cấp gió khô hơn không khí trong không gian điều hòa. Khô ở đây nói đến độ chứa hơi ( hay độ khô), không phải độ ẩm tương đối ( vì gió sao khi ra coil FCU thì có độ ẩm tương đối cao 85~95%).Luôn cấp gió nhiệt độ càng thấp ( >9 nếu dùng VAV, > 11 nếu dùng CAV) khi có thể, khi này sẽ giảm được size của FCU hay Indoor Unit.

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.

5. Hệ thống bơm và tuần hoàn nước qua Cooling Tower (nếu có) đối với Chiller giải nhiệt nước

• 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. Từ đó máy tính có thể nhận biết các hệ thống 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. 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 dòng hàng điều khiển chuyên dùng riêng của hàng.

III. Nguyên lý hoạt động của hệ thống bơm Chiller

• Hệ thống Chiller hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển hóa trạng thái của nước. Nước từ dạng khí ngưng tụ chuyển thành dạng lỏng; dạng lỏng đông đặc thành rắn.
• Ở quá trình thu nhiệt trong hệ thống, nước được chuyển hóa từ thể rắn sang lỏng rồi sang khí. Có nghĩa là dùng nhiệt môi trường xung quanh, làm mát môi trường và giảm nhiệt độ. Nếu xảy ra ngược lại sẽ là quá trình tỏa nhiệt.
• Hệ thống Chiller thường áp dụng quá trình hóa lỏng sang khí (bay hơi nước) để thu được nhiệt xung quanh và làm lạnh chúng: gas lỏng bay hơi và thu nhiệt từ nước khiến nước lạnh đi theo yêu cầu.
• Ở quá trình ngược lại: gas hơi áp suất được nên gas lạnh. Khi đi qua máy nén thì gas ở trạng thái hơi áp suất cao sẽ được giải nhiệt hoàn toàn để trở thành dạng lỏng trong một chu trình khép kín. Hệ thống được điều chỉnh bằng van tự động.