Hệ thống chiller: Khái niệm, phân loại, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Tổng quan về hệ thống chiller

Chiller là thiết bị sản xuất nước lạnh để cung cấp cho tải của công trình. Thiết bị này thường được lắp đặt trong các nhà máy, nhà xưởng và trung tâm thương mại. Chiller gồm 4 thiết bị chính trong chu trình nhiệt căn bản: Máy nén, thiết bị bay hơi, thiết bị ngưng tụ và van tiết lưu.

Hệ thống chiller hay hệ thống điều hòa trung tâm chiller là loại máy tạo ra nguồn lạnh để làm lạnh thực phẩm hoặc các đồ vật. Đồng thời, nó cũng là máy phát sinh ra nguồn lạnh trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm dùng chất tải lạnh là nước.

Hệ thống này thường được lắp đặt cho các kho lạnh công nghiệp, siêu thị, phòng hội thảo lớn, tòa cao ốc, nhà xưởng,…

Về bản chất, cả Chiller và tháp giải nhiệt đều có chức năng tương tự như. Tuy nhiên, về mặt cấu tạo và nguyên lý hoạt động, tháp hạ nhiệt có phần đơn giản hơn. Ngoài ra, giá tháp giải nhiệt có phần hợp lý hơn so với Chiller, phù hợp với nhiều đối tượng khách hàng.

Hệ thống chiller có mấy loại?

Máy này có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau, thông thường nó được phân loại như sau:

Phân loại dựa vào thiết bị ngưng tụ

• Hệ thống chiller giải nhiệt gió: Loại này sử dụng quạt hút cưỡng bức để hạ nhiệt gas. Tuy nhiên, nó có hiệu suất làm lạnh nhỏ hơn so với loại giải nhiệt nhờ nước. Vì thế, nó thường được lắp đặt và sử dụng tại những nơi cần công suất làm lạnh nhỏ. Ngoài ra, chiller giải nhiệt gió cần phải được bảo dưỡng thường xuyên.
• Hệ thống chiller giải nhiệt nước: Sử dụng tháp giải nhiệt để hạ nhiệt gas. Thiết bị này thường được sử dụng để làm lạnh nước trong các công trình lớn hoặc rất lớn. Ví dụ như kho dược phẩm, thực phẩm rộng, siêu thị, nhà máy,… Tháp giải nhiệt chiller có thể hạ nhiệt độ của nước trong quá trình sản xuất từ 40 – 90 độ C xuống thấp hơn 30 độ C.

Phân loại dựa vào công dụng

Như đã tìm hiểu ở trên, hệ thống chiller có tác dụng làm lạnh nước xuống mức nhiệt theo nhu cầu. Vì thế, nó được sử dụng để phục vụ những nhu cầu sau:

• Điều hòa không khí trung tâm có dải điều chỉnh nhiệt độ của nước khá hẹp từ 7 – 12 độ C. Chúng được lắp đặt tại các trung tâm thương mại, nhà sách, siêu thị, xưởng công nghiệp cần điều hòa,…
• Giải nhiệt công nghiệp với dải điều chỉnh nhiệt độ rộng khoảng từ 60 độ xuống 30 độ C. Chiller này được sử dụng trong các nhà máy in màu, nhựa, làm mát cầu máy cơ khí, cung cấp nước lạnh trộn bê tông, hạ nhiệt quá trình trộn hóa chất, chưng cất trong nhà máy nước giải khát và rượu bia.

Phân loại dựa vào máy nén

• Piston
• Trục vít
• Xoắn ốc
• Ly tâm
• …

Phân loại dựa vào thiết bị thu hồi nhiệt (heat recovery)

• Hệ thống có lưu lượng nước đi qua bình bốc hơi bị thay đổi
• Hệ thống có lưu lượng nước đi qua bình bốc hơi không thay đổi

Cấu tạo hệ thống điều hòa trung tâm chiller (nước)

Hệ thống chiller nhà cao tầng, nhà máy hay bất kỳ nơi nào khác đều gồm có 5 phần cơ bản là:

• Cụm trung tâm nước của hệ thống chiller.
• Hệ thống bơm và đường ống vận chuyển nước lạnh.
• Hệ thống tải sử dụng trực tiếp: FCU, AHU, PAU, PHE,…
• Hệ thống tải sử dụng gián tiếp: Hệ thống van điều chỉnh ống gió, miệng gió, đường ống gió thổi vào phòng cần điều hòa: VAV, Damper,…
• Hệ thống bơm và tuần hoàn nước qua tháp làm mát cooling tower (nếu có) đối với máy chiller giải nhiệt nước.

Mô hình hoạt động của hệ thống chiller là gì?

Hệ thống điều hòa trung tâm chiller gồm có 4 vòng tuần hoàn sau:

• Vòng màu đỏ: Đây là vòng tuần hoàn của nước nóng bơm vào trong tháp tản nhiệt (cooling tower) để tỏa nhiệt ra ngoài môi trường.
• Vòng màu xanh: Là vòng tuần hoàn của gas lạnh trong cụm chiller giải nhiệt nước.
• Vòng màu tím: Quá trình tuần hoàn của nước lạnh khi bơm đến FCU, AHU, PAU, PHE,…
• Vòng màu vàng: Chu trình tuần hoàn của hệ thống ống gió thổi vào trong phòng điều hòa.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống chiller

Nguyên lý hệ thống chiller giải nhiệt nước áp dụng sự chuyển đổi lý tính của trạng thái vật chất. Cụ thể, nước ở dạng khí (hơi nước) ngưng tụ thành dạng lỏng và lỏng sẽ đông đặc tạo thành dạng rắn.

• Với quá trình thu nhiệt: Nước sẽ chuyển hóa lần lượt từ dạng rắn thành lỏng, rồi sang khí. Bạn có thể hiểu là nước hấp thu nhiệt từ môi trường, cho nên môi trường xung quanh sẽ bị giảm bớt nhiệt và trở nên mát hơn. Còn quá trình ngược lại thì được gọi là quá trình tỏa nhiệt.
• Hệ thống chiller giải nhiệt nước thường được áp dụng trong quá trình bay hơi (hóa lỏng thành khí). Nó hấp thu nhiệt độ từ môi trường xung quanh để làm lạnh đi. Cụ thể, gas lạnh lỏng bay hơi và thu nhiệt từ nước, dẫn đến nước bị mất nhiệt và lạnh đi để đáp ứng yêu cầu sử dụng.
• Với quá trình tỏa nhiệt: Gas trạng thái hơi áp suất sẽ được nén bằng thiết bị nén tạo thành gas lạnh. Thông qua máy nén thì gas sẽ có trạng thái hơi áp suất cao. Tiếp theo, nó được giải nhiệt rồi chuyển hoàn toàn thành dạng lỏng tạo thành một chu trình kín. Trạng thái gas lỏng và gas hơi được điều chỉnh bằng bộ phận van tự động.

Những lưu ý khi lắp đặt, thi công hệ thống chiller

Quá trình thiết kế, lắp đặt và thi công hệ thống chiller cần đảm bảo độ chính xác cao. Điều này không chỉ giúp ta tận dụng được toàn bộ chức năng của hệ thống. Nó còn hoạt động với hiệu suất cao, không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh và tiết kiệm chi phí.

Cho nên, khi lắp đặt và thi công hệ thống Chiller cần phải tuân thủ kỹ thuật, quy trình và kỹ thuật viên cần có chuyên môn cao. Trong quá trình thi công, các bạn cần lưu ý một số vấn đề sau:

Kiểm tra toàn bộ thiết bị đang có

Việc kiểm tra các thiết bị đã đặt hàng tưởng như đơn giản và thường bị bỏ qua. Tuy nhiên, đó lại là công đoạn rất quan trọng để đảm bảo được tiến độ thi công và chất lượng của công trình. Bởi việc này sẽ hạn chế được vấn đề chi tiết máy bị lỗi hay thông số không phù hợp trong khi thi công.

Hạn chế gây ảnh hưởng về tiếng ồn

Hệ thống chiller là máy cơ khí nên khi vận hành sẽ sinh ra tiếng ồn rất lớn. Do  đó, ta cần thiết kế cách âm cho tường của phòng lắp đặt thiết bị chiller này. Việc này nhằm hạn chế tối đa ảnh ảnh hưởng tiếng ồn tới đến các bộ phận xung quanh. Đồng thời, hệ thống giải nhiệt chiller nên được lắp đặt trên đệm cao su nhằm mục đích giảm chấn cho đường ống nước tuần hoàn.

Giảm độ rung của hệ thống

Độ bền của hệ thống chiller sẽ bị giảm và  gây ra tiếng ồn khó chịu do biên độ rung lớn trong thời gian dài. Vậy nên cần phải lắp những tấm cao su khử rung cho toàn bộ đường ống nước. Đồng thời, cố định toàn bộ hệ thống ống dẫn nước bằng móc treo với khoảng cách phù hợp. 

Không gian lắp đặt hệ thống

Hệ thống chiller có kích thước rất lớn nên cần có một không gian rộng và thoáng để thuận tiện cho việc vận hành, bảo trì máy. Đồng thời, vị trí lắp đặt cũng cần cách xa các nguồn phát nhiệt.

Nền lắp đặt hệ thống giải nhiệt chiller cần phải chắc chắn và phẳng. Đồng thời mặt phẳng này cần phải chịu được trọng tải của máy và gia chấn rung khi thiết bị hoạt động.

Việc bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống water chiller sẽ sinh ra nước thải. Vậy nên, ta cần thiết kế một hệ thống thoát nước nhằm tránh ngập úng và rỉ sét.

Ngoài ra, bạn cũng cần bọc bảo ôn để cách nhiệt cho hệ thống. Điều này sẽ hạn chế hiện tượng sương đọng bên ngoài thành bình ngưng tụ, tránh thất thoát nhiệt trên bình và đường tuần hoàn nước lạnh.

Quy trình bảo dưỡng bảo trì hệ thống chiller

Để hệ thống điều hòa trung tâm chiller hoạt động hiệu quả và bền bỉ thì cần phải bảo dưỡng, bảo trì theo định kỳ. Hệ thống này hoạt động ổn định là nhờ sự kết hợp tuần tự của nhiều máy móc cùng hoạt động. Vì thế, chúng ta cần bảo trì cho từng bộ phận trong hệ thống này.

Lưu ý: Trước khi bảo dưỡng hay bảo trì hệ thống, bạn cần tắt hết nguồn điện cấp vào chiller.

Quy trình bảo trì hệ thống lạnh chiller gồm:

Bảo trì máy nén

Đây là công việc vô cùng quan trọng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động được tốt, bền và hiệu suất cao nhất. Đặc biệt là đối với các máy có công suất vận hành lớn. Máy lạnh rất dễ xảy ra sự cố trong các thời kỳ là: Khi mới chạy thử và khi chi tiết máy bị hao mòn. Vì thế:

• Sau khi máy hoạt động 6.000 giờ thì nên đại tu một lần. Trong trường hợp chạy ít thì 1 năm cần bảo trì một lần.
• Nếu máy đã sử dụng lâu ngày thì nên kiểm tra trước khi chạy lại.
• Nên thay dầu mỗi năm 1 lần nếu máy nén hoạt động 8 tiếng/ ngày. Còn đối với máy nén hoạt động 24 tiếng/ngày thì 6 tháng nên thay thế 1 lần. Dựa vào loại máy nén, loại gas lạnh và các thiết bị khác mà bạn lựa chọn dầu phù hợp theo yêu cầu của nhà sản xuất.

Bảo trì thiết bị ngưng tụ

Tình trạng hoạt động của thiết bị ngưng tụ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm việc của cả hệ thống. Bên cạnh đó, nó cũng ảnh hưởng đến độ bền và độ an toàn của các thiết bị. Vì vậy, việc vệ sinh thiết bị ngưng tụ cần tiến hành 3 tháng 1 lần.

Các công việc cụ thể cần thực hiện gồm:

• Làm sạch bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ.
• Xả sạch phần dầu còn tích tụ ở trong thiết bị.
• Bảo dưỡng, cân chỉnh bơm quạt tản nhiệt.
• Loại bỏ khí không ngưng trong thiết bị.
• Làm sạch bể nước và xả cặn.
• Kiểm tra và thay thế các tấm chắn nước và vòi phun nước.
• Sửa và sơn lại bên ngoài.
• Sửa chữa hoặc thay thế các thiết bị điện, thiết bị điều khiển và thiết bị an toàn liên quan trực tiếp đến hiệu suất làm việc của thiết bị ngưng tụ.

Bảo trì thiết bị bay hơi

– Đối với dàn bay hơi không khí:

• Xả băng dàn lạnh: Băng bám trên dàn lạnh nhiều sẽ khiến nhiệt trở của dàn lạnh tăng lên. Khi đó, dòng không khí đi qua bị tắc dẫn đến lưu lượng gió giảm. Nghiêm trọng hơn là cháy mô tơ quạt. Vì thế, ta cần thực hiện xả băng dàn lạnh 2 lần 1 ngày.
• Bảo dưỡng quạt dàn lạnh.
• Vệ sinh dàn trao đổi nhiệt.
• Xả dầu dàn lạnh.
• Làm sạch máng thoát nước của dàn lạnh.
• Bảo trì các thiết bị điều khiển, đo lường.

– Đối với dàn lạnh xương cá: Bộ phận này thường xuyên ngập trong nước muối nên ít bị bám bẩn. Công việc cần thực hiện là:

• Xả dầu tích tụ ở trong dàn lạnh theo định kỳ.
• Bảo dưỡng bộ cánh khuấy.
• Kiểm tra nước trong bể, nếu cần có thể thay nước mới hoặc bổ sung thêm muối.

– Đối với bình bay hơi: Bộ phận này ít xảy ra hỏng hóc, nhưng thường gặp tình trạng dầu tích tụ ở trong bình. Cho nên, bạn cần thường xuyên xả dầu tồn đọng trong bình. Trường hợp dùng làm lạnh nước thì có thể bị bám bẩn bên trong theo hướng đường nước, nên cần phải vệ sinh và xả cặn.

Bảo trì tháp giải nhiệt

Tháp giải nhiệt chiller có nhiệm vụ làm lạnh nước giải nhiệt từ bình ngưng. Do đó, ta cần vệ sinh tháp để đảm bảo hiệu quả giải nhiệt từ bình ngưng. Thông thường, việc vệ sinh tháp được tiến hành 1 tháng 1 lần. Đồng thời, bạn cũng cần phải căn cứ vào điều kiện tại nơi làm việc để có lịch bảo trì phù hợp.

Bảo trì bơm

Đây là một công đoạn cần thiết khi bảo trì hệ thống chiller. Hệ thống này gồm có bơm môi chất lạnh; bơm glycol và chất tải lạnh khác; bơm nước giải nhiệt, bơm nước lạnh và bơm nước xả băng.

Toàn bộ các bơm này có cấu tạo và nguyên lý tương tự nhau nên quy trình bảo trì cũng giống nhau. Cụ thể:

• Kiểm tra tình trạng hoạt động của bạc trục, đệm kín nước, khớp nối truyền động, xả không khí cho bơm và bôi trơn bạc trục.
• Kiểm tra áp suất trước và sau bơm để đảm bảo bộ lọc hoạt động tốt.
• Kiểm tra và thay thế hoặc hiệu chỉnh dây đai (nếu có).
• Kiểm tra lại dòng điện, sau đó so sánh với trạng thái bình thường.

Bảo trì quạt

• Kiểm tra độ ồn và các rung động bất thường của quạt.
• Kiểm tra độ căng dây đai rồi hiệu trỉnh hoặc thay thế khi cần thiết.
• Kiểm tra bạc trục.
• Vệ sinh và kiểm tra cánh quạt sao cho nó hoạt động tốt nhất.

Kiểm tra chiller định kì

Cứ 3 tháng 1 lần, bạn cần kiểm tra lại tình trạng hoạt động của hệ thống như:

• Điện áp của nguồn điện.
• Hoạt động của máy bơm nước.
• Quạt tháp giải nhiệt hoạt động đúng chiều không.
• Nguồn nước cung cấp cho chiller.
• Trạng thái của các van nước lạnh.
• Cường độ dòng điện cấp.
• Áp suất thấp và áp suất cao.
• Nhiệt độ vào máy nén.
• Nhiệt độ vào dàn ngưng tụ hoặc bình ngưng.
• Độ ồn của máy nén.
• Nhớt ở trong caste (Block bán kín) hoặc dây curoa truyền động (nếu dùng dây curoa).

Qua bài viết, chắc hẳn các bạn đã biết được hệ thống chiller là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống. Hy vọng những kiến thức trong bài viết sẽ giúp bạn có cái nhìn tổng quan về hệ thống chiller. Cảm ơn các bạn đã đọc tin!

Danh mục: Tháp giải Nhiệt

Xem thêm:

• Cooling tower là gì? Tại sao nên dùng tháp giải nhiệt cooling tower?
• Tháp giải nhiệt Rinki – Tìm hiểu cấu tạo, đặc điểm, ứng dụng đa dạng
• Hướng dẫn cách vệ sinh tháp giải nhiệt đúng chuẩn, hiệu quả nhất
• Tháp giải nhiệt BKK – thiết bị làm mát đến từ Thái Lan
• Tìm hiểu chi tiết về tháp giải nhiệt mini và các model nổi bật nhất