Hệ thống water chiller

- Do gió tươi được cấp trực tiếp bằng quạt gió mà không qua xử lý nhiệt ẩm và sự chênh lệch nhiệt độ giữa khí tươi và khí lạnh từ indoor nên gây cảm giác khó chịu cho con người - Khả n

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ MÔN NHIỆT – ĐIỆN LẠNH

GVHD : TS HOÀNG AN QUỐC

NHÓM : 1

Nhóm thực hiện:

• 1 Lương Huệ Châu 09113003

• 2 Lê Trung Tân 09113035

• 3 Ngô Minh Tân 09113036

MỤC LỤC

• Giới thiệu chung

• Tổng quan về điều hòa không khí

• Phân loại hệ thống điều hòa không khí

• Hệ thống water chiller

• Sơ đồ thực tế hệ thống water chiller

• Kết luận

Gới thiệu chung

Từ khi hình thành và phát triển con ngươi luôn cải tạo tự nhiên để phục vụ cho nhu cầu sống của mình Khi đạt được

nhu cầu này thì con người lại phát sinh những nhu cầu mới cao hơn Nếu nhử ban đầu con người chỉ cần lửa để sưởi ấm thì

ngày nay con người cần một môi trường ấm áp vào mùa đông nhưng lại mát mẻ về mùa hè Không chỉ có nhu cầu về nhiệt

độ mà độ ẩm, độ ồn, độ sạch của không khí củng được quan tâm Để đạt được những nhu cầu đó thì hàng loạt phương pháp được đưa ra Những phương pháp này có thể khác nhau hoàn toàn hay giống nhau ở một số vấn đề nhưng đều được gọi

chung là điều hòa không khí.

Tổng quan về điều hòa không

khí

Điều hòa không khí là gì?

Điều hòa không khí là kỹ thuật tạo

ra và duy trì điều kiện vi khí hậu

thích hợp với con người và quá trình

sản xuất Hay nói cách khác điều hòa

không khí là nhằm kiểm soát chặt

Làm thế nào kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ các chất độc hại, độ ồn, vận

tốc ?

• Để kiểm soát tất cả các thông số trên

người ta đã tạo ra một hệ thống gọi là hệ thống điều hòa không khí Với mỗi yêu

cầu khác nhau hệ thống điều hòa sẽ có sự khác biệt

Dựa vào sự khác biệt đó người ta phân hệ thống điều hòa không khí thành các loại:

- Hệ thống điều

hòa không khí cục

bộ(split air

conditionner)

- Hệ thống

không khí trung tâm làm lạnh nước(wate

r cooled water

chiller)

- Hệ thống điều hòa không khí trung tâm kiểu VRV sử dụng biến

tần(variable Refrigeration Volume)

1 Hệ thống điều hòa không khí cục

bộ:

Gồm 2 khối chính:

Dàn nóng(outdoor) Dàn lạnh(indoor)

- Bảo dưỡng, sửa

chữa đơn giản và độc lập từng máy

Nhược điểm:

- Khi lắp đặt làm phá hủy kết cấu kiến trúc ngôi nhà

- Do indoor và outdoor nối nhau bằng ống gas nên nếu có rò rỉ gas sẽ gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người và môi trường.

- Do gió tươi được cấp trực tiếp bằng quạt gió mà không qua xử

lý nhiệt ẩm và sự chênh lệch nhiệt độ giữa khí tươi và khí lạnh

từ indoor nên gây cảm giác khó chịu cho con người

- Khả năng bố trí các indoor trong phòng để đảm bảo độ khuếch tán đồng đều bị hạn chế

- Hiệu suất hệ thống bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ bên ngoài

- Độ bền và tuổi thọ không cao(khoảng 5-6 năm)

2 Hệ thống điều hòa không khí

trung tâm

Hệ thống này gồm một hay nhiều máy trung tâm phối hợp thành một hệ thống tổng thể phân phối lạnh cho toàn bộ các khu vực trong tòa nhà Hệ thống điều hòa trung tâm sử dụng nước làm môi chất tải lạnh

thông qua hệ thống đường ống dẫn nước vào các dàn trao đổi nhiệt để làm lạnh không khí

Hệ thống máy lạnh trung tâm gồm các phần

chính:

a) Máy lạnh trung tâm (chiller): là thiết bị sản xuất ra nước lạnh qua hệ thống đường ống dẫn cung cấp cho các dàn trao đổi nhiệt lắp đặt trong các không gian điều hòa để làm lạnh không khí.

b)Các dàn trao đổi nhiệt:

c) Tháp giải nhiệt và bơm nước

bơm nước

Tháp giải nhiệt

d) Hệ thống đường ống và bơm nước cấp lạnh

e) Hệ thống đường ống phân phối không khí lạnh

f) Hệ thống điện điều khiển

Đặc điểm của hệ thống:

- Lắp đặt thuận tiện, không làm phá hủy kết cấu công trình

- Phân phối không khí lạnh đồng đều

- Không khí tươi được hòa trộn với không khí hồi về không gây cảm giác khó chịu cho người sử dụng

- Do giải nhiệt bằng nước nên hệ thống hoạt động ổn định và không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ bên ngoài

- Dải công suất rộng, phù hợp với mỗi công trình và

mở rộng hệ thống dễ dàng

- Tiết kiệm điện năng, độ bền và tuổi thọ cao

Đặc điểm của hệ thống:

- Tiết kiệm điện năng do hệ thống có khả năng điều chỉnh dải công suất lớn(10%-100%)

- Mức hiện đại hóa, tiện nghi, tính linh động cao Vừa

có khả năng điều khiển cục bộ vừa có khả năng điều khiển trung tâm

- Thiết bị gọn nhẹ, độ tin cậy và hiệu quả cao, chi phí vận hành tương đối thấp

- Lắp đặt đơn giản, không phá vỡ cấu trúc công trình

- Chi phí đầu tư ban đầu cao

Mỗi hệ thống đều có những ưu điểm, nhược điểm

và ứng dụng khác nhau Để tìm hiểu kỹ hơn về hệ

thống điều hòa không khí nhóm xin trình bày sâu hơn

về hệ thống điều hòa không khí water chiller

Hệ thống điều hòa không khí water chiller

Hệ thống điều hòa không khí water chiller là hệ thống điều hòa không khí trung tâm có môi chất tải lạnh là nước Nước được làm lạnh

ở cụm chiller sau đó qua các hệ thống đường ống tới các AHU hoặc FCU nhận nhiệt và làm lạnh không khí cần điều hòa.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống water chiller

Các thiết bị chính của hệ thống water chiller

1 Cụm chiller

Cụm máy lạnh chiller là thiết bị quan trọng nhất trong

hệ thống water chiller Nó được đặt ở tầng mái hay trong phòng kỹ thuật của tầng hầm Cụm chiller sử dụng để làm lạnh nước( môi chất tải lạnh) tới khoảng 7oC

công suất nhỏ hơn 200tons

Tuy nhiên hiện nay máy nén loại này ít được sử dụng cho hệ thống chiller do các đặt điểm của máy nén piston là có không gian chết, độ ồn cao, hiệu suất kém, khó điều chỉnh năng suất lạnh theo yêu cầu

- Máy nén xoắn ốc: dùng cho dải công suất nhỏ hơn 200tons Loại này có hiệu suất cao hơn, có ít chi tiết hơn và hoạt động êm hơn loại máy nén piston.

- Máy nén trục vít: Thông thường dải công

suất rộng từ 50RT đến 1100 RT Máy nén trục vít giữ hơi gas trên rãnh trục vít sau đó nén

chúng lại bằng cách giảm thể tích ga lạnh đi Gas lạnh đi vào buồng nén thông qua ngõ hút gas ở phía trên buồng nén.

Có 2 loại chính là trục vít nằm ngang và loại thẳng

đứng.Thực tế loại này được sử dụng cho những công trình nhỏ

và vừa,khoảng dưới 600RT.

- Máy nén ly tâm: Công suất từ 550RT tới 3000RT,đặc biệt thích hợp cho những công trình lớn.

Ưu điểm: hiệu suất và độ tin cậy cao.Tuy nhiên kích thước lớn do vấn đề hồi dầu máy nén ly

tâm.Bình bốc hơi thường là dạng ống vỏ ngập lỏng bởi vì kích thước nhỏ gọn và đặc tính truyền nhiệt

cao

b) Thiết bị ngưng tụ:

Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ ngưng tụ gas quá nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnh trạng thái lỏng Quá trình làm việc của thiết bị ngưng tụ có quyết định đến áp suất và nhiệt độ

do đó ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn làm việc của toàn hệ thống Khi thiết bị ngưng

tụ làm việc không hiệu quả các thông số của

hệ thống sẽ thay đổi theo chiều hướng không tốt, cụ thể là:

- Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tổn thất tiết lưu tăng

- Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng

- Công nén tăng, moto có thể quá tải

- Độ an toàn giảm do áp suất phía cao áp tăng relay cao áp có thể ngắt máy nén, van an toàn

có thể hoạt động

- Nhiệt độ cao ảnh hưởng xấu đến dầu bôi trơn

Loại chiller giải nhiệt bằng không khí : không sử dụng tháp giải nhiệt mà trao đổi nhiệt trực tiếp từ gas nóng áp suất cao với không khí Loại này hiệu suất lạnh kém hơn rất nhiều so với loại chiller giải nhiệt nước (hiệu suất gấp 1,5 lần so với chiller gió) Nhưng

do một số điều kiện đặc biệt người ta vẫn dùng hệ

chiller giải nhiệt bằng không khí

Về cấu tạo chỉ khác chiller giải nhiệt bằng nước

là không sử dụng bình ngưng ống chùm mà là dàn

ống đồng cánh nhôm Tại sao lại là ống đồng cánh

nhôm, có một số giả thuyết :

- Đồng truyền nhiệt tốt hơn nhôm, nhưng tản nhiệt

vào không khí lại kém

- Đồng giá cao và nặng hơn nhôm nên không kinh tế bằng nhôm

- Đồng dẩn nhiệt qua cánh tản nhiệt đồng thì nhiệt

trên cánh tản nhiệt đồng sẻ cao, khi đặt trong xưởng

sẻ dể gây ra nguy cơ cháy nổ

- Ống đồng cánh nhôm sẻ tạo ra lượng nhiệt không điều trên toàn bộ dàn coil từ đó dẩn đến sự đối lưu tốt hơn cho toàn bộ dàn coil

Thường dùng loại quạt hút để giải nhiệt cho dàn nóng (giải nhiệt dùng quạt hút sẻ hiệu quả hơn, thu nhiệt từ xung quanh sẻ dùng quạt thổi), có các loại quạt thổi ngang công suất

nhỏ, thổi nghiêng công suất lớn hơn và thổi

trên công suất lớn nhất thổi ngang là tốt nhất

do ít chịu tác động của cột áp, nhưng thổi

ngang thì sẻ ảnh hưởng đến môi trường xung quanh do vậy chỉ sử dụng công suất nhỏ.

Loại chiller giải nhiệt bằng nước: dùng nước để giải nhiệt cho gas nóng Loại này thiết bị bay hơi có dạng bình, có hai loại bình ngưng đó là bình ngưng ống vỏ nằm ngang và bình ngưng ống vỏ thẳng đứng

Bình ngưng ống vỏ nằm ngang

Môi chất lạnh có thể sử dụng là amoniac hay

freon Với môi chất là amoniac các ống trao đổi nhiệt

là ống thép áp lực, với môi chất freon các ống trao

đổi nhiệt là ống đồng có cánh về phía môi chất lạnh

Cấu tạo:bình ngưng có thân hình trụ nằm ngang làm từ thép CT3, bên trong là các ống trao đổi nhiệt Các ống trao đổi nhiệt có độ dày khs lớn và được hàn kín hoặc núc lên hai mặt sàng hai đầu Hai đầu thân bình là các nắp bình Hai nắp bình tạo thành vách

phân nước thành nhiều dòng để nước tuần hoàn nhiều lần trong bình ngưng

Nguyên lý làm việc: gas từ máy nén được đưa vào bình từ 2 nhánh ở hai đầu và bao phủ lên không gian giữa các ống trao đổi nhiệt và thân bình Bên trong bình gas quá nhiệt trao đổi nhiệt với nước lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt và ngưng tụ lại thành lỏng.

Ưu nhược điểm:

- hiệu quả trao đổi nhiệt cao, khá ổn định, ít phụ

thuộc vào nhiệt độ môi trường

- cấu tạo chắc chắn, nhỏ gọn, dễ chế tạo, lắp đặt, vệ sinh bảo dưỡng

- ít hư hỏng, tuổi thọ cao

- không sử dụng với hệ thống lớn

- nhanh bám bẩn, phải thường xuyên vệ sinh

- khi sử dụng bình ngưng phải có thêm hệ thống nước giải nhiệt làm tăng chí phí đầu tư ban đầu

Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: để tiết kiệm diện tích lắp đặt người ta sử dụng bình ngưng ống vỏ thẳng đứng Cấu tạo tương tự như bình ngưng ống vỏ nằm

ngang, gồm có: vỏ bình hình trụ, bên trong là các ống trao đổi nhiệt được hàn hoặc núc vào hai mặt sàng ở hai đầu bình Nước giải nhiệt chảy từ trên xuống Hơi quá nhiệt sau máy nén đi vào bình từ phía trên, trao đổi nhiệt với nước ngưng lại thành lỏng và chảy xuống phía dưới của bình

Ưu nhược điểm:

- Hiệu quả trao đổi nhiệt lớn

- Tiết kiệm không gian lắp đặt, thích hợp cho

hệ thống vừa và lớn.

- ít bám bẩn, dễ hồi dầu về máy nén.

- Vận chuyển, lắp đặt, chế tạo, vận hành tương đối phức tạp.

- Lượng nước tiêu hao lớn.

c) Bình bay hơi:

Thiết bị bay hơi là thiết bị chính và quan trọng trong

hệ thống lạnh, dùng để làm lạnh chất tải lạnh (nước hay dung dịch NaCl,…) và làm bay hơi môi chất lạnh

( R143a, R410a,…) giúp môi chất lạnh từ trạng thái khác (lỏng hoặc bảo hòa ẩm) chuyển thành hơi trước khi vào máy nén.

Trong thiết bị bay hơi có sự trao đổi nhiệt giữa tác nhân lỏng và chất tải lạnh từ dàn lạnh (FCU hay AHU) trở về Kết quả của sự truyền nhiệt là môi nhân lạnh được chuyển thành hơi còn chất tải lạnh bị làm lạnh xuống nhiệt độ cần thiết.

Thông thường chất tải lạnh chạy trong dàn ống còn môi chất lạnh thì ở bên ngoài, nhưng cũng có loại môi chất lạnh trong ống còn chất tải lạnh lại nằm bên ngoài ống.

Phân loại.

Theo cách phân loại về mức độ choán chỗ của môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi mà

được chia làm 3 loại sau:

- Thiết bị bay hơi kiểu ngập lỏng.

- Thiết bị bay hơi kiểu ngập nữa lỏng.

- Thiết bị bay hơi kiểu trực tiếp.

1 Thiết bị bay hơi kiểu ngập lỏng:

- Môi chất lạnh dạng lỏng bao phủ toàn bộ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt.

- Môi chất lạnh dạng lỏng được cấp vào từ phía dưới.

- Với loại này, chất tải lạnh chuyển động trong ống, còn môi chất lạnh dạng lỏng chuyển động ngoài ống.

- Hệ số truyền nhiệt cao.

2 Thiết bị bay hơi kiểu ngập nữa lỏng:

- Môi chất lạnh chỉ bao phủ một bề mặt của thiết bị trao đổi nhiệt, phần còn lại của bề mặt trao đổi nhiệt

dùng để quá trình nhiệt hơi hút về máy nén.

- Ở loại này môi chất lạnh dạng lỏng được cấp từ phía trên của thiết bị bay hơi và chuyển động bên ngoài

ống, còn chất tải nhiệt thì chuyển động bên trong ống.

- Loại này có hệ số truyền nhiệt cao.

3 Thiết bị bay hơi kiểu trực tiếp:

- Môi chất lạnh dạng lỏng chuyển động trong ống, còn chất tải lạnh chuyển động phía ngoài ống

- Tổn thất áp suất về phía đường nước nhỏ

- Lượng tác nhân lạnh nạp vào cho hệ thống tương đối ít

- Hệ số truyền nhiệt không cao

d) Van tiết lưu:

Môi chất lạnh sau khi ra khỏi bình

ngưng sẽ qua van

tiết lưu, sau khi qua

van tiết lưu áp suất

và nhiệt độ của môi

chất sẽ giảm xuống

trước khi vào thiết

bị bay hơi

Có hai loại van tiết lưu chính là van tiết lưu cân bằn trong

và van tiết lưu cân bằng ngoài Van tiết lưu cân bằng ngoài hoạt động hiệu quả hơn van tiết lưu cân bằng trong

Van tiết lưu cân bằng trong

Van tiết lưu cân bằng ngoài

So sánh van tiết lưu cân bằng trong và cân bằng

ngoài

bay hơi nhờ đó nước

được bay hơi vào

bay hơi nhờ đó nước

được bay hơi vào

không khí và thải ra khí

quyển

Sơ đồ

2) Tháp giải nhiệt

Công dụng:

Nước làm mát được sử dụng để giải nhiệt cho bình

ngưng Ví dụ như: thiết bị điều hoà không khí, các quá trình sản xuất hoặc phát điện.

Công dụng:

Nước làm mát được sử dụng để giải nhiệt cho bình

ngưng Ví dụ như: thiết bị điều hoà không khí, các quá trình sản xuất hoặc phát điện.

Tháp đối lưu cưỡng bức

Tháp dùng quạt

Tháp dùng quạt

Tháp giải nhiệt

tự nhiên

Tháp giải nhiệt

tự nhiên

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

3.Chắn bụi lọc nước

4 Dàn phun nước

8.Đường nước lạnh làm mát bình ngưng

3) Hệ thống ống nước lạnh

Đặt điểm của hệ thống water chiller là sử dụng nước làm môi chất tải lạnh Sau khi được làm lạnh ở bình bay hơi sẽ qua hệ thống ống dẫn tới các FCU hay AHU trao đổi nhiệt với không khí cần điều hòa

Hệ thống ống nước lạnh thường được làm bằng ống nhựa hoặc ống thép, bên ngoài có bọc cách nhiệt

có 3 loại đường ống:

- Loại 4 đường ống: sử dụng để cấp nước lạnh làm mát và nước nóng để sưởi ấm.

- Loại hai đường ống: dùng để cấp nước lạnh và khi cần có thể lắp thêm hệ thống gia nhiệt nước dùng

sưởi ấm

- Loại hồi trực tiếp và hồi ngược: do trở lực các

nhánh của hệ thống ống hồi trực tiếp không đồng đều nên ta sử dụng hệ thống hồi ngược

4) Dàn lạnh

a) FCU (fan coil unit): là dàn trao đổi nhiệt ống đồng

cánh nhôm và quạt gió Nước lạnh chuyển động trong ống,không khí thổi ngang qua trao đổi nhiệt ẩm sau

đó đi qua ống gió hay thổi trực tiếp vào phòng

b) AHU (Air Handing Unit): Có cấu tạo như FCU

nhưng có kích thước lớn hơn để lắp đặt các thiết bị xử

lý không khí khác như bộ gia ẩm, bộ gia nhiệt,…

AHU có hai loại đặt ngang và loại đặt đứng

5) Hệ thống ống dẫn gió

Hệ thống ống dẫn gió được làm từ tôn tráng kẽm,

có các loại hệ thống ống gió là ống gió cấp, ống gió hồi, ống gió tươi, mỗi ống gió có đặt điểm khác nhau

6) Bơm nước

Bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt được chọn theo lưu lượng và cột áp

- Bình giãn nở hở: Được đặt ở vị trí cao nhất trên đường ống hồi về Có lượng nước bằng 6% lượng nước

trong toàn hệ thống Trên nắp thông với khí quyể,

đường nước cấp bổ xung đóng mở nhờ van phao Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền nhưng do tiếp xúc trục tiếp với khí trời nên nước hấp thụ nhiều oxy gây ăn mòn

đường ống

- Bình giãn nở kín: bình không thông với khí quyển, thể tích bình cũng bằng 6% thể tích nước của toàn bộ

hệ thống Phía trên mặt nước là một loại khí nào đó Khi nhiệt độ tăng, nước giãn nở làm tăng áp suất

trong bình và ngược lại Vì là bình kín nên phải lắp

áp kế để theo dõi áp suất Do bình kín nên oxy hòa tan trong nước ít làm giảm sự ăn mòn hệ thống tuy nhiên cấu tạo khá phức tạp