8 6 phương án thiết kế hệ thống chiller

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHILER 6.1 Phương án bố trí hệ thống Chiller 6.1.1 Phương pháp điều khiển lưu lượng nước qua dàn lạnh Về bản, có phƣơng pháp điều khiển lƣu lƣợng nƣớc qua dàn lạnh là: + Dùng hệ thống van ba ngã (Three-way modulating valve) + Dùng hệ thống Van gió bypass (Face and Bypass Damper Control) + Dùng hệ thống van hai ngã (Two-way modulating valve) 6.1.1.1 Phương án dùng Van ba ngã Phƣơng án dùng van ba ngã có đặc điểm sau: - Lƣu lƣơng nƣớc hôi Chiller không đổi - Nhiệt độ nƣớc hồi Chiller thay đổi Hình 6.1 Van điều khiển ba ngã Khi hệ thống chế độ giảm tải (part-load condition) van ba ngã phát tín hiệu để điều chỉnh cho lƣu lƣợng nƣớc trực tiếp qua coil lạnh giảm lại, giảm tải lạnh xuống Đồng SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 98 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG thời đó, lƣợng nƣớc dƣ theo đƣờng nối tắt (Bypass) từ đƣờng nƣớc lạnh cấp vào dàn thằng vào đƣờng nƣớc lạnh khỏi dàn mà không qua dàn lạnh hệ nƣớc sau khỏi dàn lạnh để lại Chiller có nhiệt độ thấp hơn, điều kiện tải lạnh giảm xuống Hệ thống lạnh sử dụng van ba ngã để điều lƣu lƣợng có đặc điểm sau đây: - Nhiệt độ nƣớc hồi Chiller thay đổi có tăng giảm tải lạnh - Lƣu lƣợng nƣớc qua dàn ống lạnh thƣờng gần giống lƣu lƣơng nƣớc qua đƣờng Bypass nhỏ so với lƣu lƣợng nƣớc qua dàn lạnh - Năng lƣợng tiêu tốn bơm hầu nhƣ khơng đổi suốt q trình hệ thống vận hành việc sử dụng van ba ngã dẫn đến hệ lƣu lƣợng nƣớc qua hệ thống bơm thƣờng không thay đổi - Việc cân nƣớc hệ thống quan trọng, hệ thống hoạt động với lƣu lƣợng nƣớc không đổi, khơng cân nƣớc có khu vực dàn lạnh bị thiếu nƣớc, không đáp ứng tải lạnh yêu cầu 6.1.1.2 Phương án dùng Van chỉnh gió Face - Bypass Phƣơng án thực chất thay đổi lƣu lƣợng gió qua dàn lạnh trƣờng hợp giảm tải Sẽ có thiết bị làm nhiệm vụ điều chỉnh lƣu lƣợng gió qua dàn lạnh cách cho lƣợng gió “dƣ” vòng qua dàn lạnh Hình 6.2 Van chỉnh gió Face and Bypass Trong điều kiện giảm tải, cửa gió số (Face damper) đóng bớt làm cho lƣu lƣợng gió qua dàn lạnh giảm xuống, làm giảm tải lạnh Đồng thời cửa gió số (Bypass Damper) mở để đƣa phần gió vòng qua dàn lạnh Phƣơng pháp có đặc điểm cho nƣớc dàn lạnh cách tự do, tức lƣu lƣợng nƣớc qua dàn lạnh không đổi mà giảm đƣợc tải lạnh cấp vào khơng gian điều hòa Tƣơng tự nhƣ hệ thống điều chỉnh van ba ngã, hệ thống điều chỉnh tải van chỉnh gió Face and Bypass có đặc điểm sau: SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 99 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG - Nhiệt độ nƣớc khỏi dàn lạnh thay đổi theo điều kiện tải lạnh - Năng lƣợng bơm tiêu tốn không đổi điều kiện tải Hệ thống điều chỉnh van chỉnh gió có ƣu điểm so với hệ thống điều khiển lƣu lƣợng nƣớc qua dàn lạnh điều chỉnh đƣợc độ ẩm khơng khí qua dàn lạnh Khi lƣu lƣợng khơng khí qua dàn lại, giả sử nhiệt độ nƣớc vào dàn lạnh không đổi, nhiệt độ khơng khí sau qua dàn giảm lại Điều rõ ràng với tải khơng đổi, mà lƣu lƣợng giảm độ chênh nhiệt độ khơng khí vào phải tăng lên Do đó, khơng khí qua dàn trở nên lạnh lƣợng nƣớc tách khỏi khơng khí nhiều 6.1.1.3 Phương án dùng Van hai ngã Van hai ngã tƣơng tự nhƣ van ba ngã điều kiện giảm tải, van điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc qua dàn lạnh Điểm khác biệt van hai ngã điều khiển lƣu lƣợng nƣớc cách „thắt lại” tiết diện đƣờng nƣớc qua van Ở khơng có trƣờng hợp nƣớc nối tắt chảy qua, khơng có việc hòa trộn hai dòng nƣớc nhƣ trƣờng hợp sử dụng van ba ngã điều khiển Chính thế, nhiệt độ nƣớc khỏi dàn hầu nhƣ khơng đổi Hình 6.3 Van điều khiển hai ngã Hệ thống sử dụng van hai ngã điều khiển có đặc điểm nhƣ sau: - Nhiệt độ nƣớc hồi không đổi trƣờng hợp tải lạnh thay đổi - Lƣu lƣợng nƣớc hồi giảm non tải, dẫn đến kết lƣơng tiệu thụ bơm đƣợc giảm bớt - Hệ thống nhạy cảm với thay đổi cân nƣớc so với hệ thống có lƣu lƣơng khơng đổi Vì hệ thống có lƣu lƣợng nƣớc thay đổi nên vấn đề phải sử dụng hệ thống khác để cung cấp lƣu lƣợng nƣớc không đổi để Chiller hoạt động, thân Chiller phải hoạt động đƣợc dƣới điều kiện lƣu lƣợng nƣớc thay đổi đƣợc SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 100 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Đa phần Chiller hoạt động với lƣu lƣợng nƣớc qua bình bay không đổi, giúp cho hệ thống hoạt động ổn định dễ dàng điều khiển trình vận hành Tuy nhiên, việc thay đổi lƣu lƣợng nƣớc qua bình ngƣng làm tăng khả tiết kiệm lƣợng hệ thống, nhƣng lại cần cẩn trọng cao trình thiết kế hệ thống nhƣ am hiểu chế độ vận hành thiết bị Ngày nay, với tiến cơng nghệ, nhiều Chiller vận hành điều kiện lƣu lƣợng nƣớc bình bay thay đổi Vấn đề đƣợc đề cập phần phân loại hệ thống Chiller 6.1.2 Máy làm lạnh nước Water Chiller Đối với hệ thống Chiller, có nhiều phƣơng án lắp đặt Mỗi phƣơng án có ƣu nhƣợc điểm riêng, thích hợp với ứng dụng, lĩnh vực khác Việc phân tích để lựa chọn hệ thống Chiller thích hợp đóng vai trò quan trọng việc tối ƣu hóa thiết kế, giảm chi phí đầu tƣ, giảm thiểu tối đa chi phí cho việc lắp đặt, vận hành bảo trì sau Trong chƣơng 3, phân tích ƣu điểm hệ thống Chiller giải nhiệt nƣớc hệ thống điều hòa VRV Trong chƣơng này, ta tiến hành phân tích để lựa chọn phƣơng án bố trí hệ thống Chiller giải nhiệt nƣớc phù hợp với điều kiện cơng trình Theo tài liệu hƣớng dẫn hệ thống Chiller hãng Trane có cách bố trí hệ thống Chiller nhƣ sau: - Theo số lƣợng Chiller có: hệ thống Chiller (Single Chiller) hệ thống nhiều Chiller (Multiple Chiller) - Theo lƣu lƣợng nƣớc qua Bình bay có: Chiller hoạt động với lƣu lƣợng nƣớc qua bình bay khơng đổi (Constant Flow) thay đổi đƣợc (Variable Flow) - Theo phƣơng án bố trí có: hệ Chiller mắc nối tiếp (Series Chiller Configuration), mắc song song (Parallel Chiller Configuration), hệ thống hai vòng tuần hoàn nƣớc (Primary – Secondary Configuration), hệ thống chller thay đổi lƣu lƣợng nƣớc vòng tuần hồn sơ cấp (Variable Primary Flow System) Trong hệ Chiller mắc song song, bao gồm nhiều phƣơng án bố trí khác mà ta đề cập sau 6.1.2.1 Hệ thống dùng Chiller Mặc dù luận văn xác định sử dụng số lƣợng Chiller hoạt động ba Chiller, nhiên để làm rõ đặc điểm cách bố trí hệ thống Chiller, ta phân tích sơ qua đặc điểm hệ thống điều hòa sử dụng Chiller Hệ thống Chiller thƣờng đƣợc sử dụng hệ thống tải lạnh nhỏ (khoảng từ 100 lạnh trở lại) Khi có yêu cầu cao tải lạnh, phƣơng án sử dụng thƣờng dùng nhiều Chiller Hình 6.1 mơ tả hệ thống lạnh sử dụng Chiller giải nhiệt gió Vì tải tƣơng đối thấp nên việc sử dụng hệ Chiller giải nhiệt nƣớc khơng cần thiết đó, phải tốn tiền đầu tƣ thêm hệ thống tháp giải nhiệt SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 101 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Hình 6.4 Hệ thống lạnh dùng Chiller Hệ thống thƣờng sử dụng bơm (đôi bơm để đảm bảo dự phòng) để đƣa nƣớc qua Chiller làm lạnh, sau nƣớc lạnh đƣợc bơm đƣa lên lạnh lạnh Việc điều khiển lƣu lƣợng nƣớc lạnh qua Chiller thƣờng đƣợc thực van ba ngã Bơm ly tâm sử dụng loại có lƣu lƣợng khơng thay đổi, đó, việc cân nƣớc hệ thống tƣơng đối dễ dàng Hệ thống sử dụng Chiller phù hợp với yêu cầu tải lạnh thấp, chi phí đầu tƣ ban đầu thấp Tuy nhiên, hệ thống có nhƣợc điểm nhƣ: - Khả ngƣng hoạt động cao nhƣ có cố xảy thiết bị hệ thống nhƣ máy nén, bình ngƣng, bơm…Nếu quy trình sản xuất yêu cầu đƣợc làm lạnh liên tục, hệ thống Chiller khơng nên đƣợc sử dụng, thay vào dùng hệ thống nhiều Chiller 6.1.2.2 Hệ thống dùng nhiều Chiller Có ƣu điểm hệ thống nhiều Chiller là: Dự phòng hiệu lƣợng chạy không đầy tải Khả dự phòng rõ ràng đạt đƣợc hệ thống cho phép sử dụng nhiều Chiller, bơm… để đáp ứng tải cơng trình Năng lƣợng tiết kiệm đƣợc chạy chế độ khơng đầy tải thơng qua giảm số vòng quay bơm nƣớc lạnh , bơm nƣớc giải nhiệt, quạt tháp giải nhiệt… Có nhiều phƣơng án bố trí Chiller, ta phân tích ƣu điểm nhƣ nhƣợc điểm loại hệ thống a) Hệ thống Chiller mắc nối tiếp SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 102 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Hình 6.5 Hệ thống Chiller mắc nối tiếp Hệ thống có đặc điểm hai Chiller mắc nối tiếp nhau, nƣớc làm lạnh từ Chiller làm Chiller thứ hai để tiếp tục làm lạnh Do đó, khơng xảy trƣờng hợp nƣớc lạnh hồi vẽ không đƣợc làm lạnh mà hòa trộn với nƣớc đƣợc làm lạnh (đây ƣu điểm Chiller mắc nối tiếp so với hệ thống Chiller mắc song song, đƣợc đề cập phần sau) Van ba ngã điều khiển thƣờng đƣợc sử dụng để điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc qua dàn lạnh, để đảm bảo lƣu lƣợng nƣớc Chiller không đổi thời điểm Đây điểm yếu hệ thống Chiller mắc nối tiếp Khi so sảnh với hệ thống Chiller mắc song song, yêu cầu làm lạnh nhƣ nhau, hệ thống nối tiếp Chiller có lƣu lƣợng nƣớc qua Chiller lớn gấp đôi so với mắc song song Do đó, đƣờng kính ống trao đổi nhiệt bình ngƣng phải lớn gấp đơi bình thƣờng, muốn đảm bảo vận tốc tổn thất áp suất bình bay nằm giới hạn cho phép Khi diện tích trao đổi nhiệt tăng lên, số pass ống bình bay phải giảm xuống, điều gây ảnh hƣởng phần đến hiệu suất Chiller Tổn thất áp suất qua hệ thống mà bơm phải chịu tăng lên nƣớc qua hai Chiller Điều gây tổn hao chi phí việc tăng kích cỡ bơm điện mà bơm tiêu thụ Cũng lý này, nên hệ thống Chiller nối tiếp thƣờng sử dụng Chiller, dùng nhiều hơn, cột áp bơm lớn b) Hệ thống Chiller mắc song song * Hệ thống Chiller mắc song song – sử dụng bơm (Single Pump) Hình 6.6 Hệ thống Chiller mắc song song – sử dụng bơm SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 103 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Đây ví dụ điển hình việc bố trí hệ Chiller song song với Hệ thống sử dụng bơm để vận chuyển nƣớc lạnh tuần hoàn hệ thống Hệ thống sử dụng van ba ngã điều khiển hệ thống van điều khiển face-and-bypass để điều chỉnh suất lạnh, đảm bảo cho lƣu lƣợng nƣớc Chiller khơng đổi Trong hình 6.6, nƣớc lạnh đƣợc bơm đƣa Chiller cách liên tục, trƣờng hợp Chiller hoạt động hay ngừng Trong ví dụ trên, giả sử hệ thống hoạt động chế độ 50% tải, có Chiller hoạt động, Chiller lại tắt Nƣớc hồi có nhiệt độ 12,2 ºC, qua Chiller không hoạt động, mà sau hòa trộn với nƣớc lạnh 5,6 ºC từ Chiller hoạt động Kết nƣớc lạnh khỏi hệ thống có nhiệt độ 8,9 ºC Việc nhiệt độ nƣớc lạnh cấp tăng lên ảnh hƣởng lớn đến việc dập tải lạnh hệ thống nhƣ vấn đề điều chỉnh độ ẩm Trong trƣờng hợp này, ta dùng hệ thống điều khiển để giảm nhiệt độ nƣớc đỉ khỏi Chiller hoạt động, để nhiệt độ nƣớc hòa trộn sau Chiller đạt đƣợc 5,6 ºC Tuy nhiên việc giảm nhiệt độ nƣớc có giới hạn, tùy thuộc vào đặc điểm thiết kế bình bay Chiller để chống tƣợng đóng băng đƣờng ống trao đổi nhiệt Khi hệ thống sử dụng nhiều Chiller, phƣơng án bố trí gây ảnh hƣởng nghiêm trọng vấn đề nhiệt dộ nƣớc lạnh hòa trộn Tiêu chuẩn ASHRAE/IESNA 90.1-1999 (Mục 6.3.4.2) có yêu cầu rằng, hệ thống bố trí Chiller dạng này, cơng suất bơm nƣớc khơng đƣợc lớn q 7,5 kW, đó, lƣu lƣợng nƣớc lớn gây ảnh hƣởng đến việc điều khiển nhiệt độ nƣớc hòa trộn Chiller khơng hoạt động * Hệ thống Chiller mắc song song – sử dụng bơm riêng lẻ cho Chiller (Dedicated Pump) Hình 6.7 Hệ thống Chiller mắc song song – sử dụng bơm riêng lẻ cho Chiller Ở hệ thống này, ta sử dụng bơm để phục vụ cho Chiller Mỗi cặp Chiller-bơm hoạt động ngừng lúc Rõ ràng hệ thống khắc phục đƣợc nhƣợc điểm khơng xảy tƣợng hòa trộn nƣớc lạnh nhƣ trƣờng hợp sử dụng bơm, nhiên lại nảy sinh vấn đề khác, thiếu hụt lƣu lƣợng nƣớc đến dàn lạnh trƣờng hợp hệ thống chạy có Chiller lƣu lƣợng nƣớc hệ thống không đổi SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 104 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Ở trƣờng hợp chạy non tải, có cặp Chiller – bơm hoạt động, tổng lƣu lƣợng nƣớc luân chuyển hệ thống lúc sụt giảm nghiêm trọng, khoảng 60 – 70 % lƣu lƣợng nƣớc chạy đầy tải Khi đó, dàn lạnh thiếu hụt lƣu lƣợng nƣớc so với yêu cầu (lƣu ý trƣờng hợp điều chỉnh tải lạnh hệ thống van ba ngã điều khiển van chỉnh gió face – bypass) Vấn đề nghiệm trọng khu vực cần tải lạnh cách ổn định nhƣ phòng máy tính, phòng liệu, server…khi mà máy móc khu vực cần đƣợc giữ nhiệt độ mát mẻ Hình 6.8 mơ tả điểm trạng thái làm việc bơm chạy đầy tải (100% lƣu lƣợng) chạy non tải (65% lƣu lƣợng) Hình 6.8 Điểm trạng thái làm việc bơm - Đường màu xanh: đường đặc tính hệ thống - Đường màu cam: đường đặc tính bơm chạy non tải - Đường màu đỏ: đường đặc tính bơm chạy đầy tải Qua đây, ta lại thấy thêm nhƣợc điểm hệ thống Đó có bơm phục vụ cho Chiller ngƣng hoạt động bắt đầu khởi động, gây ảnh hƣởng đến lƣu lƣợng nƣớc Chiller lại Lấy ví dụ cho trƣờng hợp Nếu Chiller hoạt động Chiller lại bắt đầu tái khởi động, lƣu lƣợng nƣớc hệ thống lúc không nhân đôi lên mà hệ thống tăng lên 35% lƣu lƣợng, trình tự cân lại lƣu lƣợng nƣớc qua Chiller diễn để đảm bảo lƣu lƣợng nƣớc qua Chiller nhƣ nhau, tức 50% lƣu lƣợng nƣớc qua Chiller, dẫn đến hệ lƣu lƣợng nƣớc qua bơm phục vụ cho Chiller hoạt động giảm (65-50) = 15% Sự sụt giảm tức thời lƣu lƣợng nƣớc qua Chiller gây kiểm sốt nhiệt độ hệ thống điều khiển dừng đột ngột Chiller vận hành để đảm bảo an toàn cho hệ thống Để giải vấn đề này, hệ thống điều khiển ngƣời vận hành hệ thống phải đoán trƣớc đƣợc giai đoạn cần tắt tái hoạt động lại Chiller Hệ thống thƣờng sử dụng cho Chiller, nhiên lại không đƣợc sử dụng nhiều đối vơi hệ thống lớn hệ thống lớn, vấn đề tải thay đổi diễn thƣờng xuyên SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 105 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG c) Hệ thống Chiller hai vòng tuần hồn nước Các nhƣợc điểm hệ thống Chiller hầu hết xuất phát từ vấn đề lƣu lƣợng nƣớc qua bình bay thay đổi Tuy nhiên, với hệ thơng hai vòng tuần hồn nƣớc vấn đề hoàn toàn khắc phục đƣợc ta tách riêng hệ thống nƣớc thành hai phần riêng biệt phần chứa nƣớc đƣợc làm lạnh (Production Loop) phần lại phần nƣớc phân phối đến hệ thống dàn lạnh (Distribution Loop) Hình 6.9 Hệ thống Chiller hai vòng tuần hoàn nước Trong tài liệu tiếng Anh, hệ thống đƣợc gọi “Primary – Secondary system” “Decoupled System”, ám tách biệt vòng tuần hòa làm lạnh nƣớc vòng nƣớc phân phối đến dàn trao đổi nhiệt Ngoài ra, điểm đặc biệt hệ thống đƣờng bypass làm cầu nối đƣờng nƣớc hồi Chiller đƣờng ống cấp nƣớc lạnh cho hệ thống dàn trao đổi nhiệt Đƣờng bypass giúp cho lƣu lƣợng nƣớc qua Chiller không đổi, lƣu lƣợng nƣớc qua dàn trao đổi nhiệt thay đổi tùy theo điều kiện tải thông qua van điều khiển hai ngã Đặc điểm đƣờng bypass là: - Tổn thất áp suất nhỏ - Khơng cho xảy q trình hòa trộn nƣớc đƣờng cấp đƣờng hồi - Khơng có van chiều Đƣờng ống bypass cho phép nƣớc hai đƣờng ống cấp hồi di chuyển qua lại, để đảm bảo lƣu lƣợng nƣớc qua Chiller khơng đổi Chính mà thay đổi lƣu lƣợng hai phần đƣờng nƣớc không gây ảnh hƣởng đến phần lại Đƣờng ống bypass thƣờng có vận tốc nƣớc chảy ống từ đến 4,5 m/s, lƣu lƣợng nƣớc lấy theo lƣu lƣợng nƣớc Chiller lớn Ngoài ra, để giảm thiểu tổn thất áp suất đƣờng bypass, giúp cho nƣớc lƣu thơng dễ dàng hai đƣờng ống không để SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 106 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG xảy tình trạng hòa trộn nƣớc đƣờng ống bypass có chiều dài giới hạn từ đến 10 lần đƣờng kính ống bypass, đồng thời đƣờng bypass khơng nên bố trí van chiều Ta tìm hiểu vòng tuần hồn đƣờng ống nƣớc hệ thống Chiller hai vòng tuần hồn nƣớc * Vòng tuần hoàn sơ cấp – sản xuất nước lạnh (Primary – Production Loop) Hình 6.10 Vòng tuần hồn sản xuất nước lạnh – bơm riêng lẻ cho Chiller Vòng tuần hoàn xuất phát từ Tee hồi (giao đƣờng nƣớc hồi đƣờng bypass), qua bơm sơ cấp, vào Chiller kết thúc Tee cấp (giao đƣờng nƣớc cấp đƣờng bypass) Vòng tuần hồn có tổn thất áp suất nhỏ, cột áp bơm sơ cấp nhỏ bơm sơ cấp có nhiệm vụ phân phối nƣớc vòng tuần hồn sơ cấp Trong ví dụ trên, ta sử dụng hệ thống bơm riêng lẻ cho Chiller Khi Chiller có cơng suất lạnh khác nhau, tổn thất áp suất qua bình bay khác bơm phục vụ cho Chiller Ngồi ra, ta bố trí hệ thống bơm có sử dụng ống góp (Manifolded Production Pump) Hình 6.11 Vòng tuần hồn sản xuất nước lạnh – bơm có ống góp SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 107 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Đối với hệ thống bơm dùng ống góp, cần bố trí van chặn đƣờng nƣớc vào Chiller Khi Chiller hoạt động, bơm đƣợc khởi động van khóa đƣợc mở Hệ thống kiểu có lợi hệ thống cần bố trí bơm hay Chiller dự phòng Chiller bơm đƣợc kết nối lẫn thơng qua ống góp Hệ thống sử dụng bơm có ống góp yêu cầu bình bay Chiller có tổn thất áp suất, phải có hệ thống van kèm để đảm bảo tổn thất áp qua Chiller nhƣ Vấn để chọn bơm rắc rối nhƣ Chiller hệ thống có cơng suất lạnh lƣu lƣợng nƣớc qua bình bay khác nhau, đó, bơm phải đáp ứng lƣu lƣợng xác cho Chiller Do vậy, tốt với hệ thống kiểu này, ta nên chọn Chiller giống hết Nhƣợc điểm hệ thống dùng ống góp chung cho bơm, hệ thống lại giống nhƣ trƣờng hợp hai Chiller mắc song song, sử dụng bơm (Hình 6.6) Khi đó, để đảm bảo hệ thống vận hành đƣợc mà khơng gặp vấn đề nhiệt độ nƣớc hòa trộn cần phải chặn đƣờng nƣớc qua Chiller khơng hoạt động cách dùng van khóa Tuy nhiên, Chiller bơm hoạt động lại, nhƣ van khóa mở trƣớc bơm chạy nƣớc đổ qua Chiller chƣa hoạt động, gây sụt lƣu lƣợng tức thời Chiller hoạt động Và ngƣợc lại, van khóa mở sau bơm chạy lại, Chiller hoạt động bị tải lƣu lƣợng tức thời, gây tƣợng búa nƣớc hệ thống không ổn định thời gian ngắn Hiện nay, để khắc phục vấn đề này, ngƣời ta sử dụng hệ thống van điện điều khiển đóng- mở BMS gắn đƣờng nƣớc khỏi Chiller để van đóng-mở bơm khởi động lại lúc Hình 6.12 Van điện điều khiển on-off gắn đường nước Chiller SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 108 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG * Vòng tuần hồn thứ cấp – phân phối nước lạnh (Secondary – Distribution Loop) Hình 6.13 Vòng tuần hồn phân phối nước lạnh Vòng tuần hồn phân phối nƣớc lạnh Tee cấp, qua bơm thứ cấp, hệ thống dàn lạnh trở Tee hồi Cũng giống nhƣ bơm sơ cấp, cột áp bơm thứ cấp cần đủ thắng trở lực từ đầu đẩy bơm, qua dàn lạnh cuối Tee hồi Do đó, kích thƣớc bơm nhỏ điện tiêu thụ giảm bớt Trên thực tế, kích thƣớc bơm phân phối thể giảm xuống 20-25% Vòng tuần hồn phân phối nƣớc có khả thay đổi lƣu lƣợng nƣớc nhở việc sử dụng bơm thứ cấp chạy biến tần Trong trƣờng hợp chạy non tải, bơm tiêu tốn điện cần bơm lƣợng nƣớc so với đầy tải Van điều khiển hai ngã đƣợc sử dụng để điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc qua dàn lạnh để đảm bảo lƣu lƣợng nƣớc thay đổi hệ thống nƣớc phân phối Cũng tƣơng tự nhƣ sơ đồ lắp đặt bơm sơ cấp, bơm thứ cấp kết nối nhiều bơm thơng qua ống góp chung tách thành bơm riêng biệt, phục vụ cho khu vực dàn lạnh khác Hình 6.14 Bơm phân phối riêng lẻ SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 109 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Hình 6.15 Bơm phân phối dùng ống góp Hệ thống bơm phân phối riêng lẻ dùng ống góp đảm bảo yêu cầu dự phòng hệ thống Đối với phƣơng án dùng ống góp, hệ thống bơm thứ cấp thƣờng nằm khu vực phòng kỹ thuật với Chiller bơm sơ cấp Đối với hệ thống bơm thứ cấp khơng dùng ống góp, bơm phục vụ khu vực khác tòa nhà, đó, chúng đặt xa phòng kỹ thuật nơi đặt Chiller để thuận tiện cho việc đƣờng ống nƣớc nhƣ tiết kiệm chi phí liệu * Nguyên lý cân lưu lượng nước vòng tuần hồn sơ cấp Sự vận hành hệ thống Chiller hai vòng tuần hồn phụ thuộc vào chiều dòng chảy nƣớc đƣờng ống bypass Hình 6.16 Nguyên lý cân nước hệ thống nước hai vòng tuần hồn Tại Tee cấp (Supply Tee), đƣờng nƣớc vào tee (Supply flow) lƣợng nƣớc đƣợc làm lạnh từ Chiller lƣợng nƣớc khỏi tee cấp (Demand flow) lƣu lƣợng nƣớc SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 110 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG cần cấp cho dàn lạnh Khi có chênh lệch lƣu lƣợng “cung” “cầu” có dòng nƣớc từ đƣờng bypass vào tee cấp, tùy thuộc vào lƣợng nƣớc bên “cung” hay “cầu” lớn mà - Xét trường hợp lưu lượng nước lạnh cung cấp nhỏ lưu lượng nước lạnh cần dàn lạnh: Hình 6.17 Nguyên lý cân nước hệ thống nước hai vòng tuần hồn lượng nước lạnh từ Chiller cấp khơng đáp ứng nhu cầu tải dàn lạnh Giả sử trƣờng hợp lƣu lƣợng nƣớc lạnh từ Chiller không đủ đáp ứng cho dàn lạnh, bơm thứ cấp hút phần nƣớc hồi vòng tuần hồn thứ cấp, qua đƣờng bypass hòa trộn với lƣợng nƣớc lạnh từ Chiller để cấp cho dàn lạnh Ta hiểu rõ ngun lý ví dụ mơ tải hình 6.17 Khi lƣợng nƣớc cần cấp cho dàn lạnh 76 l/s lƣợng nƣớc lạnh từ Chiller có 63 l/s, bơm thứ cấp hút nƣớc từ đƣờng nƣớc hồi qua đƣờng bypass (lƣu lƣợng 13 l/s) tee cấp để đáp ứng đủ lƣu lƣợng nƣớc cho dàn lạnh Tại tee cấp xảy hòa trộn nƣớc hồi nhiệt độ 13.3 ºC với nƣớc lạnh 5,6 ºC Kết nhiệt độ nƣớc cấp vào bơm thứ cấp để đƣa lên dàn lạnh 6,8 ºC Hệ thống điều khiển nhiệt độ bị ảnh hƣởng hòa trộn Khi thiếu hụt nƣớc lạnh xảy ra, hệ thống điều khiển tiến hành khởi động thêm hệ thống Chiller bơm để tăng lƣu lƣợng nƣớc lạnh lên, nhằm đảm bảo cho nhiệt độ nƣớc vào vòng tuần hồn thứ cấp đạt giá trị xác với yêu cầu thiết kế tốt - Xét trường hợp lưu lượng nước lạnh cung cấp lớn lưu lượng nước lạnh cần dàn lạnh: SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 111 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Khi lƣu lƣợng nƣớc lạnh sản xuất từ Chiller lớn lƣu lƣợng nƣớc yêu cầu cho dàn lạnh, phần nƣớc lạnh từ Chiller từ tee cấp bypass qua đƣờng nƣớc hồi Chiller Ta phân tích chế thơng qua ví dụ sau: Hình 6.18 Ngun lý cân nước hệ thống nước hai vòng tuần hồn lượng nước lạnh từ Chiller cấp dư thừa so nhu cầu tải dàn lạnh Trong ví dụ này, lƣu nƣớc nƣớc yêu cầu cấp cho dàn lạnh 114 l/s với nhiệt độ nƣớc 5.6 ºC Tuy nhiên lƣợng nƣớc lạnh từ Chiller 126 l/s, dƣ 13 l/s so với nhu cầu dàn lạnh Do đó, nƣớc lạnh di chuyển qua đƣờng bypass với lƣu lƣợng 13/s đƣờng nƣớc hồi Chiller Tại tee hồi lúc xảy hòa trộn nƣớc lạnh có nhiệt độ 5,6 ºC với nhiệt độ nƣớc hồi từ dàn lạnh 13,3 ºC, kết nhiệt độ nƣớc hồi Chiller 12,6 ºC, lƣu lƣợng nƣớc hồi 126 l/s Trong thực tế, hệ thống hai vòng tuần hòa nƣớc thƣờng vận hành chế độ dƣ nƣớc lạnh sản xuất từ Chiller Lƣu lƣợng nƣớc qua đƣờng bypass thƣờng nhỏ lƣu lƣợng bơm sơ cấp Trên thực tế, lƣợng để bơm lƣợng nƣớc dƣ qua đƣờng bypass nhỏ, bơm sơ cấp cần cột áp thắng đƣợc trở lực bình bay đƣờng bypass Nếu cặp Chiller-bơm tắt mà tƣợng q dòng xảy ra, lại gây tƣợng thiếu hụt lƣu lƣợng nhƣ hình 6.17, đó, bơm Chiller lại phải khởi động lại lần để cấp thêm nƣớc cho dàn lạnh Để tránh việc tắt bật Chiller diễn nhƣ vậy, cặp bơm Chiller khơng tắt lƣu lƣợng nƣớc dƣ đƣờng bypass vƣợt lƣu lƣợng nƣớc cấp từ bơm sơ cấp Để làm rõ vấn đề này, phân tích ví dụ sau: SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 112 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Hình 6.19 Lưu lượng nước lạnh cấp lớn nước lạnh cần - Hình 6.19 - Giả sử ban đầu, bơm sơ cấp bơm lƣu lƣợng nƣớc lạnh 600 l/s cấp cho dàn lạnh Trên thực tế, dàn lạnh chạy không đầy tải nên cần 500 l/s Lúc có 100 l/s lƣu lƣợng nƣớc lạnh chạy qua đƣờng bypass lại tee hồi Hình 6.20 Lưu lượng nước lạnh cấp nhỏ nước lạnh cần bơm bị tắt - Hình 6.19 - Nếu lúc mà bơm tắt, theo nguyên lý có nƣớc qua đƣờng bypass phải tắt Chiller bơm để giảm lƣợng nƣớc bypass lại lúc xảy thiếu hụt lƣu lƣợng nƣớc lạnh Trong dàn lạnh lần 500 l/s, bơm sơ cấp bị tắt nƣớc làm lạnh hụt 200 l/s, 400 l/s Lúc này, dòng nƣớc qua bypass có lƣu lƣợng 100 l/s nhƣng theo chiều từ tee hồi tee cấp SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 113 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Hình 6.21 Lưu lượng nước lạnh cần giảm 370 l/s, lượng nước qua bypass lớn lưu lượng nước cấp từ bơm - Hình 6.20 – Do dó để đảm bảo không xảy trƣờng hợp thiếu hụt lƣu lƣợng nƣớc cấp, gây xáo trộn nhiệt độ nƣớc vào dàn lạnh, bơm khơng tắt lƣu lƣợng nƣớc đƣờng bypass vƣợt qua lƣu lƣợng nƣớc bơm sơ cấp Ở đây, lƣu lƣợng nƣớc cần 370 l/s, nƣớc lạnh cấp 600 l/s, đƣờng bypass có lƣu lƣợng nƣớc 230 l/s, lớn 30 l/s so với lƣu lƣợng bơm Khi đó, ta tắt bơm mà không gây thiếu hụt lƣu lƣợng nƣớc lạnh cấp Hình 6.22 Một bơm tắt chiều đường nước bypass khơng đổi - Hình 6.21 – Tiếp nối trình hình 6.20, bơm tắt, chiều dòng nƣớc qua đƣờng bypass khơng thay đổi SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 114 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG Hiện nay, số hệ thống lạnh có sử dụng biến tần cho hệ thống bơm sơ cấp, điều làm giảm tối đa lƣu lƣợng nƣớc qua đƣờng bypass tiết kiệm đƣợc lƣợng tiêu thụ bơm, nhƣng nảy sinh vấn đề mà yêu cầu hệ thống điều khiển thêm phức tạp d) Hệ thống Chiller thay đổi lưu lượng vòng tuần hồn sơ cấp Thƣờng hệ thống Chiller hai vòng tuần hoàn nƣớc đƣợc sử dụng để giúp cho lƣu lƣợng nƣớc qua Chiller không đổi, dễ dang điều khiển Tuy nhiên nay, nhiều Chiller vận hành điều kiện lƣu lƣợng nƣớc qua Chiller thay đổi Do đó, vòng tuần hồn sơ cấp sử dụng bơm có biến tần để thay đổi lƣu lƣợng Điều giúp cho hệ thống không cần sử dụng vòng tuần hồn thứ cấp nữa, mà đảm bảo việc thay đổi lƣu lƣợng dàn lạnh cách sử dụng van điện hai ngã, giúp giảm chi phí, tiết kiệm tiền đầu tƣ cho hệ thống bơm nƣớc phân phối Tuy nhiên, hệ thống cần am hiểu tƣờng tận ngƣời vận hành hệ thống, hệ thống điều khiển cấu hình Chiller phức tạp, q trình vận hành khơng xác gây hỏng hóc, cố tồn hệ thống điều hòa Hình 6.23 Hệ thống Chiller thay đổi lưu lượng vòng tuần hồn sơ cấp Đặc điểm hệ thống là: - Bình bay Chiller phải hoạt động đƣợc lƣu lƣợng nƣớc qua bình thay đổi - Hệ thống phải có đƣờng bypass - Hệ thống điều khiển phải giới hạn lƣu lƣợng nƣớc qua bình bay - Cần nhiều thời gian cho việc thiết kế điều khiển hệ thống - Ngƣời vận hành phải có kiến thức am hiểu hệ thống điều khiển SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 115 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG 6.2 Phương án thiết kế đường ống nước hồi Đối với hệ thống lạnh có đƣờng ống nƣớc lạnh mà khơng có đƣờng ống nƣớc nóng hệ thống nƣớc hồi đƣợc chia làm hai dạng hồi trực tiếp hồi ngƣợc Hệ thống nƣớc hồi trực tiếp đƣợc mơ tả hình 6.23 Khi đó, nƣớc hồi từ dàn lạnh trở bình bay thơng qua ống góp AB từ xuống Hệ thống đơn giản, tiết kiêm chi phí đƣờng ống, nhiên lại gây khó khăn cho việc cân lƣu lƣợng nƣớc dàn lạnh dàn lạnh đặt gần Chiller có nhiều nƣớc dàn lạnh xa Do đó, dùng hệ thống nƣớc hồi dạng này, bắt buộc phải có van cân van điều khiển để cân lƣu lƣợng nƣớc hệ thống Hình 6.24 Hệ thống nước hồi trực tiếp Hệ thống nƣớc hồi ngƣợc đƣợc trình bày hình 6.24 Lúc thay nƣớc khỏi dàn lạnh trực tiếp Chiller đƣợc đƣa hết vào đƣờng ống góp, cho vòng lên tầng phía lại Chiller (đƣờng CDEF) Hệ thống đảm bảo cho tổn thất dàn gần nhƣ chiều dài ống hồi Tuy nhiên, rõ ràng hệ thống làm tốn thêm chi phí đầu tƣ cho đƣờng ống gom nƣớc hồi Hình 6.25 Hệ thống nước hồi ngược SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 116 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS BÙI NGỌC HÙNG 6.3 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống Chiller Qua phân tích hệ thống Chiller trên, nhƣ phân tích kết cấu cơng trình, em định sử dụng hệ thống Chiller hai vòng tuần hoàn nƣớc, hệ thống bơm sơ cấp sử dụng bơm nối ống góp, hệ thống bơm thứ cấp sử dụng bơm riêng lẻ cấp cho ba khu vực khối trung tâm thƣơng mại hai khối tháp Các bơm đƣợc đặt phòng kỹ thuật dƣới tầng hầm Hệ thống nƣớc hồi trực tiếp đƣợc lựa chọn nhìn chung, cơng trình có chiều cao lớn, việc sử dụng hệ thống nƣớc hồi ngƣợc gây tốn chi phí làm cho hệ thống ống thêm phức tạp Hệ thống nƣớc đƣợc bố trí hệ thống van điều khiển van cân thiết bị trao đổi nhiệt nên việc cân lƣu lƣợng nƣớc qua dàn lạnh van đảm trách Trên thực tế, việc cân nƣớc hệ thống phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm ngƣời vận hành chính, hệ thống van hoạt động tốt ngƣời nhân viên kỹ thuật tinh chỉnh đƣợc lƣu lƣợng nƣớc qua dàn cách xác, điều phụ thuộc vào khả năng, kinh nghiệm ngƣời việc sử dụng hệ thống van nhƣ SVTH: ĐINH TẤN PHÚC_MSSV: 21202779 117 ... 6. 3 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống Chiller Qua phân tích hệ thống Chiller trên, nhƣ phân tích kết cấu cơng trình, em định sử dụng hệ thống Chiller hai vòng tuần hồn nƣớc, hệ thống bơm sơ... liệu hƣớng dẫn hệ thống Chiller hãng Trane có cách bố trí hệ thống Chiller nhƣ sau: - Theo số lƣợng Chiller có: hệ thống Chiller (Single Chiller) hệ thống nhiều Chiller (Multiple Chiller) - Theo... nhiên, hệ thống cần am hiểu tƣờng tận ngƣời vận hành hệ thống, hệ thống điều khiển cấu hình Chiller phức tạp, q trình vận hành khơng xác gây hỏng hóc, cố tồn hệ thống điều hòa Hình 6. 23 Hệ thống Chiller