Chiller là gì? Mọi thứ bạn cần biết về hệ thống Chiller

Hệ thống Chiller là gì? Cấu trúc, nguyên tắc hoạt động của nó như thế nào? Hãy tìm hiểu với thiết bị phòng sạch VCR ngay sau đây.

1. Chiller là gì?

Chiller là máy sản xuất nước lạnh đã được lắp đặt để phục vụ cho công trình như nhà máy, nhà xưởng hoặc các trung tâm thương mại.

Hệ thống Chiller, còn được gọi là hệ thống điều hòa trung tâm, là hệ thống tạo ra nguồn lạnh để làm lạnh thực phẩm, đồ vật và làm lạnh không gian trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm. Nước được sử dụng làm chất lỏng làm lạnh và nước rời khỏi hệ thống sẽ có nhiệt độ từ 12℃ xuống 7℃.

2. Cấu trúc của Chiller

Cấu trúc chính của máy làm lạnh Chiller bao gồm: máy nén, bình ngưng, dàn bay hơi, van tiết lưu, bộ nguồn, bộ điều khiển và hộp nước.

Cấu trúc và chu trình hoạt động của Chiller

Dưới đây là thông tin chi tiết về từng thành phần này:

2.1. Máy nén

Máy nén là động cơ chính nằm giữa dàn bay hơi và dàn ngưng tụ. Nhiệm vụ của máy nén là tạo ra sự chênh lệch áp suất để chuyển động chất làm lạnh trong hệ thống. Có nhiều loại máy nén khác nhau, phổ biến nhất là máy nén kiểu ly tâm, trục vít, xoắn ốc, trục quay và kiểu piston.

2.2. Bình ngưng

Bình ngưng nằm sau máy nén và trước van tiết lưu. Nhiệm vụ của bình này là loại bỏ nhiệt từ chất làm lạnh trong dàn bay hơi. Có hai loại bình ngưng chính: bình làm mát bằng không khí và bình làm mát bằng nước.

Bình làm mát bằng nước sẽ tạo ra một chu trình nước làm lạnh giữa tháp giải nhiệt và bình ngưng. Chất làm lạnh sẽ truyền nhiệt từ máy nén vào bình ngưng, sau đó nhiệt được truyền sang nước và được loại bỏ khỏi tòa nhà. Chất làm lạnh và nước được ngăn cách bởi thành ống.

Bình làm mát bằng không khí hoạt động khác nhau, không sử dụng tháp giải nhiệt mà thổi không khí qua ống bình ngưng để làm lạnh chất làm lạnh bên trong.

2.3. Van tiết lưu

Van tiết lưu nằm giữa dàn ngưng và dàn bay hơi. Nhiệm vụ của van tiết lưu là làm dãn nở chất làm lạnh khi chất này đi qua van. Quá trình này giúp giảm áp suất và cải thiện hiệu suất làm lạnh của dàn bay hơi.

2.4. Dàn bay hơi

Dàn bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt giữa chất làm lạnh và không gian cần làm lạnh. Dàn bay hơi nằm giữa van tiết lưu và máy nén. Nhiệm vụ của nó là thu nhiệt từ không gian cần làm lạnh và chuyển nhiệt đó vào chất làm lạnh, sau đó chất làm lạnh được dùng để làm lạnh không gian hoặc qua tháp giải nhiệt, tùy thuộc vào loại máy làm lạnh. Nước được làm lạnh và bơm xung quanh toà nhà để cung cấp điều hòa không khí và sau đó quay trở lại dàn bay hơi để tiếp tục cyclus.

2.5. Bộ nguồn

Bộ nguồn được gắn trực tiếp vào máy làm lạnh hoặc có thể được tách rời và gắn vào tường ở một vị trí khác và nối máy bằng dây cáp điện. Bộ nguồn được sử dụng để điều khiển dòng điện đến máy làm lạnh. Bộ nguồn thường chứa bộ khởi động, bộ ngắt mạch, bộ điều khiển tốc độ và thiết bị giám sát công suất.

2.6. Bộ điều khiển

Bộ điều khiển thường được gắn trên máy làm lạnh. Nhiệm vụ của nó là theo dõi hiệu suất của máy và điều chỉnh các tham số cần thiết. Bộ điều khiển sẽ tạo ra cảnh báo cho đội ngũ kỹ thuật và tự động ngắt điện hệ thống để tránh hư hỏng thiết bị. Hệ thống BMS (Building Management System) thường kết nối với bộ điều khiển để có thể điều khiển và giám sát từ xa.

2.7. Hộp nước

Hộp nước được lắp vào dàn bay hơi và dàn ngưng trong hệ thống làm lạnh bằng nước. Nhiệm vụ của hộp nước là để dẫn dòng nước hiệu quả.

3. Hệ thống điều hòa trung tâm nước (Water Chiller)

3.1. Hệ thống Chiller gồm những gì?

Hệ thống điều hòa không khí trung tâm Chiller bao gồm 5 phần chính như sau:

3.1.1. Cụm trung tâm nước Water Chiller

Đây là trung tâm của hệ thống Chiller, có giá cao nhất và tiêu thụ năng lượng lớn nhất.
Sản xuất theo công suất đã cấp.
Tùy vào hiệu suất làm lạnh, loại gas hoặc yêu cầu chất lỏng làm lạnh, các máy có thể được lựa chọn.

3.1.2. Hệ thống bơm và đường ống nước

Hệ thống bơm có chức năng bơm nước lạnh qua Chiller đến tải sử dụng trực tiếp. Hiệu suất làm lạnh tốt hơn nếu mỗi Chiller có máy bơm riêng và dùng cho tòa nhà cao tầng có độ ồn và cột áp thấp.
Lưu lượng nước bơm không thay đổi để duy trì công suất ổn định.
Đường ống nước được làm từ thép đen, không truyền nhiệt với nước lạnh. Đường ống này dẫn ra cooling tower và đã có phản hồi tốt khi thay thế bằng ống nhựa PPR.

3.1.3. Hệ thống tải sử dụng Trực Tiếp (AHU, FCU, PAU,…)

AHU (Air Handling Unit): thiết bị trao đổi và xử lý nhiệt ẩm trong hệ thống Chiller, tạo điều kiện cho không khí sạch. Có nhiều ống gió phụ khác nhau cho từng không gian.
FCU (Fan Coil Unit): được sử dụng cho các phòng nhỏ hoặc những khu vực mà hệ thống ống gió của AHU không thể tới được. Nếu yêu cầu độ ẩm và nhiệt độ khác với AHU sẵn có, FCU có thể được sử dụng. Thiết bị này không có khả năng xử lý nhiệt tốt như AHU.
PAU (Precision Air Unit): cung cấp gió khô hơn so với không khí trong không gian được điều hòa. Luôn cung cấp gió lạnh để giảm kích thước của đơn vị trong nhà hoặc FCU.

3.1.4. Hệ thống tải sử dụng Gián tiếp

Hệ thống đường ống gió thổi qua phòng cần điều hòa, van điều chỉnh ống gió, miệng gió: VAV, Damper,…
Hòa trộn gió hồi và gió tươi để đưa vào AHU hoặc FCU để xử lý theo yêu cầu về nhiệt độ và độ ẩm của không gian.

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

Tất cả các thiết bị như AHU, FCU, PAU, Chiller… hoạt động độc lập nhờ vào bộ điều khiển DDC (Digital Direct Control) và có thể nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng không khí và nước… được lập trình điều chỉnh sẵn bằng máy tính tích hợp.

3.2. Mô hình hệ thống điều hòa trung tâm Chiller

Hệ thống điều hòa trung tâm Chiller hoạt động dựa trên mô hình các vòng tuần hoàn nước và gas như sau:

Vòng tuần hoàn màu đỏ: là vòng nước nóng bơm vào cooling tower để tỏa nhiệt ra môi trường.
Vòng tuần hoàn màu xanh: là vòng gas lạnh trong cụm water Chiller.
Vòng tuần hoàn màu tím nhạt: là vòng 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.

3.3. Chiller trong hệ thống Water Chiller

Trong hệ thống Water Chiller, Chiller đóng vai trò trung tâm và chia hệ thống ra làm 2 pha riêng biệt:

Pha làm lạnh: Bình bay hơi của Chiller và các thiết bị như AHU, FCU.
Pha giải nhiệt: Bình ngưng tụ và Cooling Tower.

4. Phân loại Chiller

Chiller thường được chia thành 2 loại chính là Chiller giải nhiệt gió và Chiller giải nhiệt nước.

Ngoài ra, có nhiều phân loại khác nhau như theo máy nén (piston, trục vít, xoắn ốc, ly tâm), theo thiết bị ngưng tụ (làm mát bằng nước), theo lưu lượng nước, và thậm chí còn có Chiller hấp thụ.

5. Nguyên lý hoạt động của Chiller

Hệ thống Chiller hoạt động dựa trên nguyên lý nhiệt học. Nước từ trạng thái khí ngưng tụ chuyển sang dạng lỏng và từ lỏng đông đặc thành rắn.

Khi chất rắn chuyển sang dạng lỏng và sau đó chuyển sang khí, nó sẽ lấy nhiệt từ môi trường xung quanh làm lạnh. Trong quá trình hoạt động của Chiller, gas lạnh lỏng bay hơi và thu nhiệt từ nước, làm cho nước bị mất nhiệt và trở nên lạnh hơn.

Sau đó, quá trình ngược lại xảy ra: gas ở áp suất thấp bị nén bởi máy nén ga lạnh. Dàn ống đồng thổi gió hoặc lấy nhiệt từ nước để làm lạnh gas, làm cho gas chuyển sang dạng lỏng (hiện tượng thu nhiệt). Tất cả xảy ra trong một chu trình kín và hệ thống được điều chỉnh bằng van tiết lưu.

6. Ưu và nhược điểm của hệ thống điều hòa không khí trung tâm – Chiller

6.1. Ưu điểm

Công suất đa dạng, phù hợp cho nhiều nhu cầu (từ 5 tấn đến hàng nghìn tấn).
Hệ thống ống nước lạnh nhẹ, gọn và dễ lắp đặt trong các không gian hẹp.
Hoạt động ổn định, bền bỉ và tuổi thọ cao.
Có khả năng điều chỉnh công suất tùy theo phụ tải bên ngoài.
Thích hợp cho các công trình từ nhỏ, trung bình đến lớn.
Tiết kiệm điện năng và chi phí.
Đảm bảo nhiệt độ ổn định và đáng tin cậy.

6.2. Nhược điểm

Lắp đặt và vận hành phức tạp, yêu cầu kỹ thuật chuyên môn.
Cần có không gian riêng và người chuyên trách phục vụ.
Bảo trì và sửa chữa không đơn giản.
Tiêu thụ năng lượng cao đối với công suất lớn.
Đòi hỏi tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn.

7. Ứng dụng của Chiller

Chiller là một hệ thống làm lạnh hiện đại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm:

7.1. Ngành công nghiệp sản xuất nhựa

Trong ngành này, hệ thống Chiller được sử dụng để làm mát nhựa sau các quá trình sản xuất như tiêm nhựa, thổi, ép đùn hoặc đóng nắp. Nó cũng có thể làm lạnh các thiết bị sử dụng để tạo ra sản phẩm nhựa như máy ép nhựa. Việc sử dụng Chiller giúp tiết kiệm năng lượng và tránh hỏng máy móc do tăng nhiệt độ.

7.2. Sản xuất sữa, bia, đồ uống

Trong sản xuất sữa, máy làm lạnh Chiller được sử dụng để làm lạnh sữa sau khi được lấy và để làm lạnh nước trong quá trình đóng hộp.

Trong sản xuất bia và đồ uống, Chiller được sử dụng để làm mát dung dịch đường, lên men bia và bảo quản men giống. Nó cũng có thể làm lạnh nước và giúp trong quá trình in ấn.

7.3. Công nghiệp HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning), in ấn

Trong công nghiệp HVAC, máy làm lạnh Chiller được sử dụng để làm mát không gian. Trong in ấn, nó được sử dụng để làm lạnh giấy sau khi đi ra khỏi lò sấy mực.

7.4. Y tế công nghiệp – hệ thống MRI (Magnetic Resonance Imaging)

Trong y tế, máy MRI sử dụng Chiller để làm lạnh từ máy MRI và chuyển nhiệt vào không khí xung quanh hoặc trong một nguồn nước như một tháp làm mát.

8. Cách tính công suất lắp đặt máy Chiller giải nhiệt

Có hai phương pháp tính công suất lắp đặt máy làm lạnh Chiller:

8.1. Tính theo thông số có sẵn

Trong catalogue của Chiller, thông số như công suất lạnh (Qll) và lưu lượng nước được cung cấp. Công suất lắp đặt của máy Chiller có thể được tính bằng công thức Q = 4,186 At Qll / 3.6 (Kw lạnh).

8.2. Tính theo công suất lạnh cho máy

Công suất lắp đặt có thể được tính bằng công thức Q = Cp At M / 3600 (Kw lạnh). Trong đó, At là mức chênh lệch nhiệt độ của nhựa, Cp là nhiệt dung riêng của nhựa và M là năng suất sản phẩm trong một giờ.

9. Những lưu ý khi lắp đặt hệ thống Chiller

Để đảm bảo hiệu suất và chất lượng của hệ thống Chiller, người sử dụng cần chú ý các điểm sau:

Lựa chọn vị trí lắp đặt phù hợp
Kết nối ống nước với hệ thống
Lắp đặt hệ thống điện

10. Những tiêu chí chọn mua máy Chiller phù hợp

Lựa chọn nhà cung cấp uy tín
Lựa chọn máy có công suất phù hợp
Cân nhắc giá thành hợp lý

Rất mong rằng bài viết này đã mang lại cho bạn những kiến thức hữu ích và thêm thông tin về hệ thống Chiller.

HEFC đã chỉnh sửa tại đây