Định nghĩa Chiller - Water Chiller là gì vẫn còn rất mới mẻ với hầu hết chúng ta, nhưng chiller, water chiller lại vô cùng cần thiết và có thể nói là không thể thiếu trong các ngành công nghiệp làm lạnh hiện nay. Hệ thống Chiller được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, y tế, điện tử,... Bạn đang rất tò mò muốn tìm hiểu về “Chiller - Water CHILLER” là gì? Hệ thống máy lạnh chiller là gì? Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ về khái niệm này!

1. Định nghĩa chiller là gì?

Chiller là máy sản xuất nước lạnh để cung cấp tới tải của công trình. Thường được lắp đặt cho nhà máy hoặc trung tâm thương mại.

Hệ thống chiller, hay còn được gọi là hệ thống điều hòa trung tâm chiller, là loại máy phát sinh ra nguồn lạnh để làm lạnh các đồ vật, thực phẩm, và là máy sản xuất nước lạnh dùng trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm, sử dụng nước là chất tải lạnh. Nước sẽ được làm lạnh qua bình bốc hơi (thường vào 12 độ và ra 7 độ).

Thực chất máy chiller gồm 4 thiết bị chính của chu trình nhiệt căn bản là máy nén, van tiết lưu, thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi. Ngoài ra còn có thêm một số thiết bị khác. Thường thì chiller được sản xuất nguyên cụm không tách rời và phải đạt tiêu chuẩn theo ARI. Việc phân loại chiller có nhiều cách như:

• Theo máy nén (Piston, trục vít, xoắn ốc, ly tâm, v.v.)
• Theo thiết bị ngưng tụ (giải nhiệt nước - water-cooled, hay giải nhiệt gió - air-cooled)
• Loại thiết bị hồi nhiệt (heat recovery)
• Loại lưu lượng qua bình bốc hơi (không thay đổi hay thay đổi lưu lượng nước)
• Ngoài ra còn có loại chiller hấp thụ.

2. Hệ thống điều hòa trung tâm nước (Chiller) cơ bản gồm 5 phần:

1. Cụm trung tâm nước water chiller
2. Hệ thống đường ống nước lạnh và bơm nước lạnh
3. Hệ thống tải sử dụng trực tiếp: AHU, FCU, PAU, PHE, v.v.
4. Hệ thống tải sử dụng gián tiếp: Hệ thống đường ống gió thổi qua phòng cần điều hòa, các van điều chỉnh ống gió, miệng gió: VAV, Damper, v.v.
5. Hệ thống bơm và tuần hoàn nước qua Cooling Tower (nếu có) đối với chiller giải nhiệt nước.

3. Máy lạnh được chia làm 2 loại chính:

1. Máy lạnh cơ động: Sử dụng động cơ là máy nén khí để hoạt động. Hiệu suất thường cao hơn máy lạnh dùng môi chất thẩm thấu.
2. Máy lạnh dùng môi chất thẩm thấu: Sử dụng môi chất thẩm thấu để vận hành trong quá trình trao đổi nhiệt. Loại này không phụ thuộc vào điện năng, mà dùng trực tiếp nguồn năng lượng đầu vào như dầu khí, than đá hoặc nguồn nhiệt năng khác để tái tạo lại hệ thống môi chất thẩm thấu chạy máy.

4. Mô hình hệ thống hoạt động của hệ thống Chiller

4.1. Có 4 vòng tuần hoàn cho hệ thống như sau:

1. Vòng tuần hoàn màu đỏ: Là vòng tuần hoàn nước nóng bơm vào cooling tower thải nhiệt này ra môi trường.
2. Vòng tuần hoàn màu xanh: Là vòng tuần hoàn gas lạnh trong cụm water chiller.
3. Vòng tuần hoàn màu tím nhạt: Là vòng tuần hoàn nước lạnh được bơm đến AHU, FCU, PAU, PHE, v.v.
4. Vòng tuần hoàn màu vàng: Là vòng tuần hoàn của hệ thống ống gió thổi vào phòng được điều hòa.

4.2. Mô hình hệ thống Chiller thực tế:

4.3. Các thiết bị trong hệ thống Chiller:

4.3.1. Cụm Water Cooled Chiller:

• Là trung tâm của hệ thống, tiêu thụ điện năng lớn nhất, giá thành cao nhất so với thiết bị khác.
• 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 ra theo các công trình tòa nhà 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.

4.3.2. Hệ thống bơm và đường ống nước lạnh:

• Bơm nước:
  • Chịu trách nhiệm bơm nước lạnh qua chiller đến tải sử dụng trực tiếp. 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 tính toán nhiều (lưu lượng nước, độ dài đường ống, độ cao, sụt áp qua co, cút, Tê, AHU, FCU, PAU, v.v.). Mặc 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.
• Đường ống:
  • Thường là ống thép đen được bọc cách nhiệt với đường nước lạnh. Ống thép đen hay ống đồng với đường ống nước nóng dẫn 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 dẫn đến tổn thất áp suất nước lớn đồng thời đường ống phải chịu áp suất cao hơn khi làm việc. Đường ống quá lớn dẫn 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.

4.3.3. Hệ thống AHU (Air Handling Unit), FCU (Fan Coil Unit), PAU (Primary Air Unit) hay MAU (Make Up Air):

• 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: Dùng cho nhiều phòng nhỏ hay khu vực nhỏ nơi mà hệ thống ống gió của AHU không thể tới được, hoặc 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 lý nhiệt ẩm tốt bằng AHU (do kích thước sản xuất hạn chế). Nên với yêu cầu đòi hỏi cao ta bắt buộc 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 sau 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.

4.3.4. Hệ thống tải sử dụng gián tiếp (hệ thống đường ống gió thổi qua phòng cần điều hòa):

• Ống gió: Chọn theo kích thước của miệng gió yêu cầu cấp cho không gian đó. Được tra trên catalog của nhà sản xuất theo lưu lượng và độ ồn cho phép.
• Miệng gió: Kích thước miệng gió cấp lớn hơn hoặc bằng kích thước miệng gió hồi cùng lưu lượng. Không nên nhỏ hơn dễ gây ra độ ồn lớn tại cửa gió thổi, điều này rất khó chịu với người sử dụng.

4.3.5. Hệ thống bơm và tuần hoàn nước qua Cooling Tower (nếu có) đối với chiller giải nhiệt nước:

• Cooling Tower: Hạ nhiệt độ nước thải ra từ bình ngưng tụ của chiller và giải nhiệt cho nước thải này ra môi trường. Nước sẽ được bơm từ bình ngưng tụ chiller qua cooling tower, sau đó từ cooling tower lại bơm trở về chiller.

5. Một số lưu ý khi vận hành hệ thống điều hòa trung tâm water chiller:

• Bơm nước tuần hoàn trong chiller: Nên chọn loại bơm có công suất ổn định, tránh sự cố dừng máy giữa chừng gây gián đoạn hoạt động của hệ thống.
• Đường ống dẫn nước: Cần bọc cách nhiệt cẩn thận, đảm bảo giảm thiểu sự tổn thất nhiệt qua ống dẫn.
• Quản lý nước làm mát: Đảm bảo chất lượng nước dùng để làm mát đạt chuẩn, tránh cặn bẩn và tạp chất gây ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống chiller.
• Bảo dưỡng định kỳ: Đảm bảo hệ thống chiller luôn hoạt động hiệu quả và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.