Hệ thống điều hòa không khí kiểu làm lạnh bằng nước Water chiller là hệ thống trong đó cụm máy lạnh không trực tiếp xử lý không khí mà làm lạnh nước đến khoảng 7°C. Sau đó nước được dẫn theo đường ống có bọc cách nhiệt đến các dàn trao đổi nhiệt gọi là các FCU và AHU để xử lý nhiệt ẩm không khí. Như vậy trong hệ thống này nước sử dụng làm chất tải lạnh.

Sơ đồ nguyên lí

Các thiết bị chính

Cụm máy làm lạnh nước chiller

Cụm máy làm lạnh nước chiller là thiết bị quan trọng nhất của hệ thống điều hòa kiểu làm lạnh bằng nước. Nó được sử dụng để làm lạnh chất lỏng, trong điều hoà không khí sử dụng để làm lạnh nước tới khoảng 7°C. Cụm chiller là một hệ thống lạnh được lắp đặt hoàn chỉnh tại nhà máy chế tạo, với các thiết bị sau:

  • Máy nén: Có rất nhiều dạng, nhưng phổ biến là loại trục vít, máy nén kín, máy nén pittông nửa kín.
  • Thiết bị ngưng tụ: có hai loại hay sử dụng là bình ngưng hoặc dàn ngưng, tuỳ thuộc vào hình thức giải nhiệt bằng nước hay không khí. Người ta thường hay sử dụng dạng giải nhiệt bằng nước vì ít phụ thuộc vào thời tiết bên ngoài và hiệu quả cao, ổn định. Trong hệ thống giải nhiệt bằng nước đòi hỏi phải có tháp và bơm nước giải nhiệt.
  • Bình bay hơi: Bình bay hơi thường sử dụng là bình bay hơi ống đồng có cánh. Môi chất lạnh sôi ngoài ống, nước chuyển động trong ống. Bình bay hơi được bọc cách nhiệt và duy trì nhiệt độ không được quá dưới 7°C nhằm ngăn ngừa nước đóng băng gây nổ vỡ bình.
  • Tủ điện điều khiển: Cụm chiller thường có sẵn tủ điện điều khiển nhằm điều khiển. Khi lắp đặt, người ta chỉ thiết kế thêm một tủ điện đơn giản, là tủ nguồn cho cụm chiller, các bơm và tháp giải nhiệt và điều khiển sự hoạt động giữa chúng.
  • Hệ thống đường ống: Hệ thống đường ống lạnh của chiller đã được lắp đặt hoàn chỉnh và đã được nạp ga đầy đủ. Trên mỗi cụm chiller thường có hai máy nén với hai hệ thống lạnh độc lập, chỉ chung bình bay hơi.

 

Trên hình là cụm chiller với máy nén kiểu piston nửa kín của hãng Carrier. Các máy nén kiểu nửa kín được bố trí nằm ở trên cụm bình ngưng – bình bay hơi. Phía mặt trước là tủ điện điều khiển.

Khi lắp đặt cụm chiller cần lưu ý để dành không gian cần thiết để vệ sinh các bình ngưng, không gian máy thoáng đãng, có thể dễ dàng đi lại xung quanh cụm máy lạnh để thao tác. Khi đặt ổ phòng tầng trên bắt buộc lắp trên các bộ chống rung và bệ giảm chấn.

Máy lạnh chiller có nhiều cấp giảm tải, điều khiển công suất theo bước, trong đó các cụm máy có thời gian làm việc không đều nhau. Vì thế người vận hành cần thường xuyên hoán đổi vị trí các máy nén cho nhau để thời gian làm việc đồng đều, tránh một máy làm việc quá nhiều, trong khi máy còn lại thường xuyên nghỉ. Trong các tủ điện điều khiển có công tắc hoán đổi vị trí các máy.

Dàn lạnh FCU

FCU (Fan Coil Unit) là dàn trao đổi nhiệt ống đồng cánh nhôm và quạt gió. Nước chuyển động trong ống, không khí chuyển động ngang qua cụm ống trao đổi nhiệt, ở đó không khí được trao đổi nhiệt ẩm, sau đó thổi trực tiếp hoặc qua một hệ thống kênh gió vào phòng. Quạt FCU là quạt lồng sóc dẫn động trực tiếp.

Dàn lạnh FCU cũng có nhiều dạng tương tự như các dàn lạnh máy điều hòa dạng rời. Tuy nhiên dạng dàn lạnh thường được sử dụng nhất là loại giấu trần. Đối với dàn lạnh kiểu này, không khí sau khi ra khỏi FCU sẽ được dẫn theo hệ thống ống gió đến các miệng thổi và đi vào phòng.

Dàn lạnh AHU

AHU được viết tắt từ chữ tiếng Anh: Air Handling Unit, về cấu tạo tương tự FCU nhưng công suất lớn hơn nhiều. Tương tự FCU, AHU thực chất là dàn trao đổi nhiệt để xử lý nhiệt ẩm không khí. AHU thường được lắp ghép từ nhiều môđun như sau: Buồng hòa trộn, bộ lọc bụi, dàn trao đổi nhiệt và hộp quạt. Trên buồng hòa trộn có hai cửa có gắn van điều chỉnh, một cửa lấy gió tươi, một cửa nối với đường ống hồi gió.

Bộ lọc bụi của AHU thường sử dụng bộ lọc kiểu hộp xếp gồm hai bộ: lọc tinh và lọc thô.

Khi hệ thống làm việc, nước lạnh chuyển động bên trong cụm ống trao đổi nhiệt, không khí chuyển động ngang qua bên ngoài, làm lạnh và được quạt thổi theo hệ thống kênh gió tới các phòng. Quạt AHU thường là quạt ly tâm dẫn động bằng đai.

AHU có hai dạng: Loại đặt nằm ngang và đặt thẳng đứng. Tùy thuộc vào vị trí lắp đặt mà ta có thể chọn loại thích hợp. Khi đặt nền, chọn loại đặt đứng, khi gá lắp lên trần, chọn loại nằm ngang. 

Cấu tạo bên ngoài AHU

Cấu tạo bên ngoài AHU

 

Cấu tạo bên trong AHU

Cấu tạo bên trong AHU

Bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt

Bơm nước lạnh và nước giải nhiệt được lựa chọn dựa vào công suất và cột áp tương ứng với cụm chiller.

  • Lưu lượng bơm nước giải nhiệt: Gk= Qk/(Cpn.Δtgn(kg/s)
    • Qk – công suất nhiệt của chiller, tra theo bảng đặc tính kỹ thuật của chiller, kW;
    • Δtgn – độ chênh nhiệt độ nước giải nhiệt đầu ra và đầu vào, Δt = 5°C;
    • Cpn – nhiệt dung riêng của nước, Cpn = 4,186 kJ/kg.K.
  • Lưu lượng bơm nước lạnh: Gnl= Qo/(Cpn.Δtnl(kg/s)
    • Qo – công suất lạnh của chiller, tra theo bảng đặc tính kỹ thuật của chiller, kW;
    • Δtnl – độ chênh nhiệt độ nước lạnh đầu ra và đầu vào, Δt = 5°C;
    • Cpn – nhiệt dung riêng của nước, Cpn = 4,186 kJ/kg.K.

Cột áp của bơm được chọn tùy thuộc vào mạng đường ống cụ thể. Đối với hệ thống đường ống giải nhiệt, mạng đường ống thường đơn giản và ngắn, khi bố trí thiết bị có thể hạn chế được. Mạng đường ống nước lạnh phức tạp hơn nhiều, trong đó đặc biệt sự chênh lệch về độ cao. Đổi với nhà cao tầng, trung bình mỗi tầng tối thiểu cũng 3,5 m do đó cột áp này là lớn nhất và có ý nghĩa nhất để chọn bơm.

Các hệ thống thiết bị khác

Bình giãn nở và cấp nước bổ sung: Có công dụng bù giãn nở khi nhiệt độ nước thay đổi và bổ sung thêm nước khi cần. Nước bổ sung phải được qua xử lý trước khi đưa vào hệ thống.

Hệ thống đường ống nước lạnh dùng dẫn nước lạnh từ bình bay hơi tới các FCU và AHU. Đường ống nước lạnh là ống thép đen hoặc thép áp lực có bọc cách nhiệt. Vật liệu cách nhiệt là mút, styrofo hoặc polyuretan.

Hệ thống đường ống giải nhiệt là thép tráng kẽm.

Đặc điểm của hệ thống điều hòa làm lạnh bằng nước

Ưu điểm

  • Công suất hệ thống dao động trong một khoảng lớn: từ 5 Ton lên đến hàng ngàn Ton lạnh (1 Ton = 3024 kcal/h).
  • Hệ thống ống nước lạnh gọn nhẹ, không hạn chế về chiều dài cũng như chênh lệch độ cao, miễn là bơm nước đáp ứng được yêu cầu. Vì vậy hệ thống phù hợp với công trình lớn, cao tầng.
  • Hệ thống hoạt động ổn định không phụ thuộc nhiều vào thời tiết, bền và tuổi thọ cao.
  • Hệ thống có nhiều cấp giảm tải, cho phép điều chỉnh công suất theo phụ tải bên ngoài và do đó tiết kiệm điện năng khi non tải. Mỗi máy thường có từ 3 đến 5 cấp giảm tải. Đối với hệ thống lớn người ta sử dụng nhiều cụm máy nên tổng số cấp giảm tải lớn hơn nhiều.
  • Thích hợp với các công trình lớn hoặc rất lớn.

Nhược điểm

  • Hệ thống đòi hỏi phải có phòng máy riêng.
  • Do vận hành phức tạp, nên phải có người chuyên trách vận hành hệ thống.
  • Lắp đặt, sửa chữa và bảo dưỡng hệ thống tương đối phức tạp.
  • Tiêu thụ điện năng cho một đơn vị công suất lạnh cao, đặc biệt khi tải non.
  • Chi phí đầu tư khá lớn.

—————————————————————————————–

Bạn có muốn đọc giáo trình Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hòa không khí – PGS. TS Nguyễn Đức Lợi ?

=> Xem ngay

Hệ thống điều hòa không khí làm lạnh bằng nước
5 (100%) 2 votes