Ngày nay, hệ thống chiller được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Cụ thể, chiller giải nhiệt được sử dụng trong các nhà máy công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, điện tử, y tế, … Vậy chiller là gì? Có các loại hệ thống chiller nào? Nguyên lý và tác dụng? Phòng sạch KYODO xin được bật mí qua nội dung sau.
1. Chiller là gì?
Chiller là tên gọi của hệ thống, máy phát sinh ra nguồn lạnh phục vụ cho công tác làm lạnh (các đồ vật, sản phẩm, môi trường không khí, …)
Hệ thống chiller hay còn được gọi là hệ thống điều hòa trung tâm chiller, giúp sản xuất nguồn lạnh (thường dùng chất tải lạnh là nước) dùng trong hệ thống HVAC. Khi máy lạnh vận hành 1 chu trình nhiệt động khép kín, qua đó sẽ thu nạp nhiệt năng ở nhiệt độ dưới môi trường xung quanh và thải ra môi trường xung quanh ở nhiệt độ cao hơn.
2. Cấu tạo của hệ thống làm lạnh chiller
Cấu tạo cơ bản của hệ thống chiller là gì? Chiller được cấu tạo cơ bản từ các thành phần chính như sau:
Máy nén
Máy nén là động cơ chính, tạo ra sự chênh lệch áp suất để di chuyển môi chất lạnh đi đến toàn hệ thống. Máy nén có nhiều loại có thể kể đến như: máy nén ly tâm, máy nén trục vít, cuộn, piston,… Máy nén nằm giữa dàn bay hơi và dàn ngưng tụ. Được cách điện 1 phần và có động cơ để tạo động lực.
Van tiết lưu
Van tiết lưu nằm giữa dàn ngưng tụ và dàn bay hơi, có tác dụng mở rộng hoặc thu hẹp lưu lượng, thể tích của chất làm lạnh, làm giảm áp suất từ đó tạo hiệu quả hấp thu nhiệt. Loại phổ biến thường thấy nhất là van tiết lưu nhiệt và van tiết lưu điện tử.
Thiết bị ngưng tụ
Dàn ngưng nằm sau máy nén và trước van tiết lưu. Giúp loại bỏ nhiệt từ chất làm lạnh được hấp thụ từ quá trình vận hành và trong thiết bị bay hơi. Dàn ngưng làm mát nước sẽ lặp lại chu trình “nước ngưng” giữa tháp giải nhiệt và bình ngưng(ở hệ giải nhiệt bằng nước) hoặc dàn ngưng sẽ làm mát không khí (ở hệ giải nhiệt gió).
Thiết bị bay hơi
Dàn bay hơi nằm giữa van tiết lưu và máy nén, giúp thu nhiệt của môi trường cần làm mát và truyền nhiệt này vào môi chất lạnh để đưa đến hệ thống giải nhiệt và loại bỏ. Nước sẽ giảm nhiệt độ nhờ chất làm lạnh, sau đó được bơm lại hệ thống và hoạt đồng tuần hoàn theo quá trình vận hành.
Tháp giải nhiệt (Water chiller)
Tháp giải nhiệt là một thiết bị làm mát quan trọng trong hệ thống chiller giải nhiệt nước. Thành phần này có chức năng giải nhiệt nước nóng từ dàn ngưng của chiller, giúp chiller hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn.
Tháp giải nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý bay hơi nước. Nước nóng từ dàn ngưng của chiller được bơm lên tháp giải nhiệt, sau đó được phun thành các hạt sương nhỏ. Các hạt sương này tiếp xúc với không khí, bốc hơi và hấp thụ nhiệt từ không khí. Nhiệt từ không khí được truyền sang nước, làm giảm nhiệt độ của nước. Nước lạnh sau đó được bơm trở lại dàn ngưng của chiller để tiếp tục quá trình làm lạnh.
Ngoài ra còn một số thành phần, thiết bị hỗ trợ khác như: bộ nguồn, bộ điều khiển, hộp nước,… Thường thiết bị này được sản xuất nguyên cụm không tách rời.
3. Các hệ thống điều hòa trung tâm Chiller giải nhiệt
Việc phân loại chiller có nhiều cách như:
- Phân loại theo máy nén: Trục vít, xoắn ốc, ly tâm, Piston
- Phân loại theo thiết bị ngưng tụ: chiller giải nhiệt nước – Chiller water, chiller giải nhiệt gió – Chiller air cooled
- Phân loại theo tính chất thiết bị hồi nhiệt: Heat Recovery
- Chiller hấp thụ, khuếch tán
Hiện nay tại Việt Nam, có 2 loại hệ thống làm mát được ưa chuộng và ứng dụng nhiều nhất đó là chiller giải nhiệt nước và chiller giải nhiệt gió. Mỗi loại máy sẽ có ưu thế áp dụng trong một số lĩnh vực khác nhau, và độ phù hợp với mục đích khác nhau nhằm mang lại hiệu quả tối ưu. Nội dung tiếp theo, KYODO sẽ giới thiệu tổng quát về 2 loại hệ thống này.
3.1 Hệ thống máy lạnh Chiller giải nhiệt nước
Hệ thống này sử dụng nước lạnh để làm chất tải trung gian, nước sẽ được làm lạnh xuống 7 ºC rồi bốc hơi làm mát thực phẩm, đồ vật, môi trường bên trong không gian nhất định.
Nguyên lý hoạt động của chiller giải nhiệt nước
- Nước được vận chuyển tuần hoàn trong hệ thống đường ống chiller và được làm lạnh xuống nhiệt độ nhất định
- Nước lạnh được bơm đến các dàn lạnh AHU/FCU hỗ trợ làm lạnh không khí nhờ sự trao đổi nhiệt giữa nước lạnh và không khí tuần hoàn
- Sau quá trình trao đổi nhiệt thông qua các dàn lạnh, nước sẽ nóng lên do bị hấp thụ nhiệt và sẽ được bơm trở lại hệ thống đường ống Chiller, sau đó lại được làm lạnh và được bơm đến các dàn lạnh. Quá trình này được lặp đi lặp lại tạo lên sự tuần hoàn liên tục.
Đặc điểm của hệ thống giải nhiệt nước chiller là gì
Bao gồm 5 phần chính:
- Cụm trung tâm nước – Water Chiller
- Hệ thống đường ống chiller nước lạnh và bơm nước lạnh
- Hệ thống tái sử dụng trực tiếp: AHU, FCU, PAU, …
- Hệ thống tái sử dụng gián tiếp: Hệ thống đường ống gió, van điều chỉnh lưu lượng gió, miệng gió
- Hệ thống bơm và tuần hoàn nước qua tháp giải nhiệt – Cooling Tower
Chiller giải nhiệt bằng nước thích hợp với các công trình lớn, yêu cầu cao về độ ổn định của nhiệt độ. Đồng nghĩa, hệ thống này có công suất hoạt động lớn, từ 5 – 1000ton và chi phí đầu tư ban đầu cao. Ngoài ra, hệ thống yêu cầu có nguồn nước thường xuyên.
3.2 Hệ thống Chiller giải nhiệt gió (Air Cooled Chiller)
Nguyên lý hoạt động của chiller giải nhiệt gió
Chiller giải nhiệt gió sử dụng nguyên lý làm lạnh cưỡng bức bằng gas. Nhờ sự chuyển đổi trạng thái vật lý của vật chất, hơi nước sẽ ngưng tụ thành dạng lỏng, từ dạng lỏng sẽ chuyển thành dạng rắn, sự chuyển đổi trạng thái này sẽ hấp thụ hoặc tỏa ra nhiệt. Nhờ vào đó làm cho môi trường xung quanh mất nhiệt hoặc hấp thụ nhiệt. Về nguyên lý và cấu trúc vận hành của chiller giải nhiệt gió tương tự chiller giải nhiệt nước.
Tuy nhiên vẫn có một số sự khác biệt như sau:
- Hệ thống giải nhiệt gió không sử dụng tháp giải nhiệt để giải nhiệt gas, hệ thống này dùng quạt hút cưỡng bức để hạ nhiệt.
- Hiệu suất làm làm lạnh không bằng chiller giải nhiệt nước (70%).
- Thường xuyên phải vệ sinh và bảo dưỡng định kỳ hơn.
Cấu tạo của hệ thống giải nhiệt gió gồm 4 phần chính:
- Máy nén
- Thiết bị ngưng tụ
- Thiết bị bay hơi
- Van tiết lưu
Ưu điểm của hệ thống giải nhiệt gió chiller là gì
- Đa dạng công suất, phù hợp với nhiều yêu cầu
- Thiết kế nhỏ gọn hơn, tiết kiệm diện tích, tiết kiệm chi phí hơn, dễ dàng lắp đặt & vận chuyển
- Có thể lắp đặt và hoạt động ở những nơi không có nguồn nước thường xuyên và không yêu cầu cao về nguồn nước
Xem thêm: Thành phần và nguyên lý vận hành HVAC
Chiller giải nhiệt gió có thể được ứng dụng để làm mát tòa nhà, công trình, nhà xưởng, nhà máy quy mô vừa và nhỏ, giải nhiệt cho hóa chất và những nơi có nguồn nước bẩn.
4. Các tiêu chuẩn về hệ thống chiller
Hệ thống chiller là một hệ thống phức tạp, bao gồm nhiều thiết bị và phụ kiện khác nhau. Để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn, cần lưu ý và tuân thủ các tiêu chuẩn như sau:
- Tiêu chuẩn về thiết kế: Hệ thống chiller cần được thiết kế phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng công trình. Các yếu tố cần được xem xét khi thiết kế hệ thống chiller bao gồm công suất lạnh, loại máy nén, loại chất tải lạnh, hệ thống đường ống, tháp giải nhiệt, v.v.
- Tiêu chuẩn về lắp đặt: Hệ thống chiller cần được lắp đặt đúng cách bởi các kỹ sư có chuyên môn. Các yếu tố cần được lưu ý khi lắp đặt hệ thống chiller bao gồm vị trí lắp đặt, độ nghiêng của đường ống, cách nối các thiết bị, v.v.
- Tiêu chuẩn về vận hành: Hệ thống chiller cần được vận hành đúng cách để đảm bảo hiệu suất và độ bền. Các yếu tố cần được lưu ý khi vận hành hệ thống chiller bao gồm các chế độ vận hành, áp suất và nhiệt độ làm việc, bảo trì định kỳ, v.v.
Một số tiêu chuẩn Việt Nam liên quan đến hệ thống giải nhiệt
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6122-1:2007 quy định về các yêu cầu chung đối với hệ thống máy lạnh nước.
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6122-2:2007 quy định về các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống máy lạnh nước.
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6122-3:2007 quy định về các yêu cầu an toàn đối với hệ thống máy lạnh nước.
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6122-4:2007 quy định về các yêu cầu kiểm tra và bảo dưỡng đối với hệ thống máy lạnh nước.
Một số chuẩn quốc tế thường áp dụng
- Tiêu chuẩn quốc tế ISO 13639:2007 quy định về hệ thống máy lạnh nước.
- Tiêu chuẩn quốc tế ASHRAE 90.1-2023 quy định về hiệu suất của hệ thống máy lạnh nước.
Việc tuân thủ các tiêu chuẩn về hệ thống chiller sẽ giúp đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn, đồng thời tiết kiệm năng lượng cũng như chi phí vận hành.
5. Giải pháp sử dụng hệ thống điều hòa trung tâm phù hợp
Để lựa chọn được hệ thống chiller phù hợp với cơ sở sản xuất, có thể xem xét các yếu tố như sau:
- Công suất lạnh: Công suất lạnh là yếu tố quan trọng nhất cần xem xét khi lựa chọn hệ thống chiller. Công suất lạnh cần đủ để đáp ứng nhu cầu làm lạnh của nhà máy.
- Loại máy nén: Có nhiều loại máy nén khác nhau, mỗi loại có ưu nhược điểm riêng. Loại máy nén cần được lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng và điều kiện vận hành của nhà máy.
- Loại chất tải lạnh: Có nhiều loại chất tải lạnh khác nhau, mỗi loại có ưu nhược điểm riêng. Loại chất tải lạnh cần được lựa chọn phù hợp với môi trường làm việc và quy định của nhà nước.
- Hệ thống đường ống: Hệ thống đường ống cần được thiết kế phù hợp với công suất lạnh và loại máy nén.
- Tháp giải nhiệt: Tháp giải nhiệt có nhiệm vụ giải nhiệt cho nước nóng từ dàn ngưng của chiller. Loại tháp giải nhiệt cần được lựa chọn phù hợp với công suất lạnh và điều kiện vận hành của nhà máy.
Các vấn đề liên quan khác
- Độ tin cậy và độ bền: Hệ thống chiller cần có độ tin cậy và độ bền cao để đảm bảo hoạt động ổn định trong thời gian dài.
- Chi phí đầu tư: Chi phí đầu tư ban đầu là một yếu tố cần được cân nhắc khi lựa chọn hệ thống chiller.
- Chi phí vận hành: Chi phí vận hành là một yếu tố cần được cân nhắc khi lựa chọn hệ thống chiller.
Qua các thông tin trên hi vọng quý vị độc giả sẽ hiểu hơn về Hệ thống giải nhiệt chiller phù hợp với nhà máy sản xuất. Từ đó, biết được mỗi hệ thống sẽ có những đặc điểm riêng biệt, những tính năng nổi bật và nhược điểm khác nhau. Quý vị có thể tìm hiểu và liên hệ với KYODO để được tư vấn chi tiết hơn để tìm giải pháp phù hợp với cơ sở của mình.
