trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm chiller
Hệ thống đường ống phân phối nước lạnh và bơm nước lạnh tuần hoàn là khâu vận chuyển trung gian năng lượng từ MLTT chiller tới các hộ tiêu thụ là các thiết bị xử lý không khí. Cấu trúc của hệ thống là hệ thống kín khi sử dụng thiết bị làm lạnh kiểu khô và là hệ thống hở khi sử dụng thiết bị làm lạnh kiểu ướt. Chất tải lạnh, thông thường là nước, được bơm nước tuần hoàn từ MLTT chiller đến các mô đun làm lạnh của thiết bị xử lý không khí. Nước sau khi thực hiện quá trình làm lạnh được hút ngược về MLTT [3].
Hệ thống đường ống phân phối nước nóng cũng tương tự như hệ thống đường ống phân phối nước lạnh. Trong hệ thống phân phối nước nóng, MLTT chiller được thay thế bằng thiết bị cấp nhiệt trung tâm như các bộ calorifier, nồi hơi đun nước nóng hay bơm nhiệt. Bơm nước nóng tuần hoàn bơm nước nóng từ trung tâm cấp nhiệt đến các hộ tiêu thụ là các mô đun sấy hay sưởi ấm không khí. Nước sau khi thực hiện quá trình sưởi ấm được đưa ngược trở về thiết bị cấp nhiệt trung tâm [3].
Hệ thống đường ống nước giải nhiệt sử dụng trong hệ thống sử dụng MLTT giải nhiệt nước. Nước giải nhiệt được vận chuyển từ MLTT đến tháp giải nhiệt để đưa ra ngoài môi trường [3].
Bơm nước tuần hoàn thường sử dụng là bơm ly tâm và có nhiều loại khác nhau: bơm ly tâm trục ngang, bơm ly tâm trục đứng, bơm ly tâm trục đứng ghép đôi (twin pump). Bơm ly tâm trục ngang có loại bơm ly tâm trục rời hay bơm bơm ly tâm trục liền, loại đầu hút thẳng dòng hay loại đầu hút vuông dòng (end-suction) [24].
Bơm nước tuần hoàn cũng thường được ghép nối song song để có sự hoạt động đổi vai trò và dự phòng cho nhau, hoặc cũng có thể được ghép nối nối tiếp trong các sơ đồ đường ống nước lạnh có vòng tuần hoàn sơ cấp và thứ cấp [3, 24, 54].
PL1.3.1 Sơ đồ hệ thống phân phối nước lạnh, nước nóng cho phụ tải.
Sơ đồ hệ thống đường ống nước 2 đường ống là cơ bản nhất và phổ biến nhất. Sơ đồ 3 đường ống hoặc 4 đường ống thực chất là sự kết hợp của hai hệ thống 2 đường ống của đường ống phân phối nước lạnh và nước nóng ghép chung hay ghép song song [3, 24, 54]. Sơ đồ hệ thống đường ống nước 2 đường ống có thể phân chia ra làm 2 loại:
a) Sơ đồ hệ thống đường ống nước có lưu lượng không đổi kết hợp sử dụng van điều khiển 3 ngả.
PL6
Nước lạnh hoặc nước nóng tuần hoàn trong hệ thống không đổi thể hiện trên hình PL1.3a,b. Đây là sơ đồ được sử dụng rộng rãi trong hệ thống phân phối đường nước nóng. Ưu điểm cơ bản của sơ đồ là nước nóng liên tục tuần hoàn trong hệ thống đường ống và sẵn sàng cung cấp năng lượng để sưởi cho hộ tiêu thụ là các bộ xử lý không khí.
Hình PL1.3 Sơ đồ đường ống nước lạnh có lưu lượng không đổi, van 3 ngả a) Đường ống hồi trực tiếp b) Đường ống nước lạnh hồi ngược
b) Sơ đồ đường ống nước có lưu lượng thay đổi kết hợp sử dụng van điều khiển hai ngả và van đi tắt
Sơ đồ đường ống nước có lưu lượng thay đổi kết hợp sử dụng van điều khiển hai ngả và van đi tắt như trong hình 1.10a,b là biến thể của sơ đồ đường nước có lưu lượng nước lạnh không đổi ở hình PL1.4a,b với việc sử dụng van điều khiển hai ngả tại thiết bị xử lý không khí và van đi tắt ngay tại TLTT. Nước tuần hoàn trong hệ thống đường ống phân phối phía phụ tải có lưu lượng thay đổi, nhưng nước lạnh tuần hoàn tại trạm lạnh có lưu lượng không đổi. Đây là sơ đồ sử dụng phổ biến cho hệ thống đường ống phân phối nước lạnh.
PL7
Hình PL1.4 Sơ đồ đường ống nước lạnh có lưu lượng thay đổi, van 2 ngả a) Đường ống hồi trực tiếp b) Đường ống nước lạnh hồi ngược
PL1.3.2 Sơ đồ hệ thống đường ống nước lạnh trong trạm lạnh trung tâm chiller
Hình PL1.5 Sơ đồ trạm lạnh trung tâm với cụm máy lạnh trung tâm chiller - bơm ghép song song a) Có van điều khiển đi tắt (by-pass) b) Không có van điều khiển đi tắt
Sơ đồ hệ thống đường ống nước trong TLTT thể hiện mối liên hệ vật lý cấu thành TLTT. Do giới hạn công suất cũng như giới hạn làm việc của mỗi tổ máy nên bắt buộc phải có sự ghép nối các tổ máy có công suất nhỏ hơn để có được trạm lạnh có công suất
PL8
lớn hơn, đáp ứng được nhu cầu của phụ tải. Tùy thuộc vào cách kết nối hệ thống nước tuần hoàn ở trạm lạnh/trạm nhiệt trung tâm và hộ tiêu thụ lạnh/ hộ tiêu thụ nhiệt cũng như việc sử dụng bơm nước tuần hoàn khác nhau mà có các sơ đồ hệ thống nước khác nhau.
Hình PL1.5a,b thể hiện sơ đồ đường ống nước lạnh trong TLTT với bơm nước lạnh được kết nối nối tiếp với MLTT để tạo thành cụm thiết bị trong trạm lạnh. Các cụm thiết bị bơm – chiller được ghép nối song song với nhau để cung cấp công suất lớn hơn. Hình PL1.5b là sơ đồ có lưu lượng nước lạnh không đổi và thường được kết nối với hệ thống đường ống nước phía phụ tải có lưu lượng không đổi sử dụng van điều khiển ba ngả như đã mô tả trong hình PL1.3a. Sơ đồ đường ống nước lạnh trong TLTT ở hình PL1.5a với van điều khiển đi tắt ở trạm lạnh, cung nước lạnh có lưu lượng thay đổi phía phụ tải sử kết hợp với sơ đồ sử dụng van điều khiển hai ngả trong hình PL1.3a.
Hình PL1.6 Sơ đồ trạm lạnh trung tâm với các cụm bơm, máy lạnh trung tâm ghép song song độc lập
a) Có van điều khiển đi tắt b) Không có van điều khiển đi tắt
Nhược điểm cơ bản của sơ đồ này là các bơm hay các MLTT chiller không thể hỗ trợ vai trò của nhau khi có sự cố do cụm bơm chiller được chỉ định nối tiếp với nhau. Để giải thích rõ hơn điều này ta có thể lấy ví dụ, trong cụm bơm nước lạnh – MLTT chiller 1 mà bơm nước lạnh 1 bị lỗi, còn cụm bơm nước lạnh – MLTT chiller 2 lại có chiller bị lỗi, khi đó bơm nước lạnh 2 không thể đổi vai trò của bơm nước lạnh 1 để đảm bảo chiller 1 chạy được bình thường. Do đó, đây là sơ đồ cổ điển và chỉ được sử dụng trong các TLTT lớn thường có cả cụm bơm nước lạnh – MLTT dự phòng.
PL9
Hình PL1.6 là biến thể của sơ đồ hình PL1.5 với cụm bơm nước lạnh và cụm MLTT ghép song song độc lập. Trong sơ đồ này, cụm bơm nước lạnh được ghép nhóm song song với nhau để đảm bảo khả năng đổi lẫn vai trò cho nhau.Tương tự như vậy các tổ MLTT chiller cũng được ghép nhóm với nhau. Sơ đồ này cho phép chuyển đổi vai trò của các bơm, các chiller trong hệ thống cho nhau và được sử dụng rộng rãi trong các trạm lạnh có số MLTT dưới 5 ~ 6 tổ máy. Cũng cần phải lưu ý thêm rằng, sơ đồ hình PL1.5 đảm bảo lưu lượng nước đi qua mỗi MLTT chiller chính bằng công suất lưu lượng bơm, còn ở sơ đồ hình PL1.6 thì cần phải bố trí thêm các thiết bị cân bằng để đảm lưu lượng nước đi qua chiller phù hợp và cân bằng.
Hình PL1.7 Sơ đồ trạm lạnh trung tâm với bơm sơ cấp – thứ cấp nhiều phụ tải lạnh Sơ đồ hệ thống đường ống nước lạnh sơ cấp và thứ cấp là sơ đồ hệ thống cổ điển như hình PL1.7. Bơm tuần hoàn sơ cấp cung cấp lưu lượng nước lạnh tuần hoàn không đổi đi qua MLTT chiller, bơm tuần hoàn thứ cấp được điều chỉnh lưu lượng bằng biến tần để có lưu lượng đi phụ tải thay đổi để kết hợp đường ống PPPT có van hai ngả hoặc cũng có lưu lượng tuần hoàn cố định để kết hợp với van ba ngả ở phía phụ tải. Đây là sơ đồ được sử dụng cho các hệ thống có nhiều vùng phụ tải khác nhau về tính chất vận hành và chế độ vận hành. Bơm nước lạnh sơ cấp có thể được ghép nhóm song song như hình PL1.4, hình PL1.5 hoặc kết hợp nhóm bơm nước lạnh sơ cấp – MLTT như sơ đồ hình PL1.6. Sơ đồ được sử dụng rộng rãi trong các công trình đa năng như: trung tâm hội nghị, khách sạn, phòng họp…
PL10
Ngoài ra còn có thêm các sơ đồ đường ống nước là sự kết hợp của các sơ đồ có lưu lượng nước thay đổi và không đổi; sơ đồ đường nước nhiều vòng tuần hoàn thường được áp dụng ở các hệ thống có tính phức tạp và yêu cầu công nghệ khắt khe hay các công trình nhà cao tầng khi các sơ đồ một vòng tuần hoàn ở trên không áp dụng được; sơ đồ có thêm sự kết hợp của sơ đồ sơ cấp - thứ cấp với các bình tích lạnh.
Thông số đặc trưng của hệ thống đường ống phân phối nước nói chung (nước lạnh, nước giải nhiệt) là mối quan hệ giữa lưu lượng nước tuần hoàn và tổn thất áp suất hay độ chênh cột áp trên toàn hệ thống được thể hiện bằng đặc tuyến của lưới của đường ống phân phối. Bơm nước tuần hoàn được đặc trưng bởi đặc tuyến làm việc của bơm với 3 thông số cơ bản phụ thuộc nhau là cột áp tổng, lưu lượng và công suất tiêu thụ điện. Sự giao nhau của hai đường đặc tuyến này là điểm làm việc của bơm và hệ thống đường ống.
PL1.3.3 Sơ đồ hệ thống đường ống nước giải nhiệt và tháp giải nhiệt trong trạm lạnh trung tâm chiller giải nhiệt nước
Hệ thống đường ống nước giải nhiệt và tháp giải nhiệt chỉ sử dụng trong hệ thống ĐHKK trung tâm có MLTT giải nhiệt nước. Cấu trúc hệ thống giải nhiệt cho MLTT giải nhiệt nước bao gồm:
Tháp giải nhiệt
Bơm tuần hoàn nước giải nhiệt
Hệ thống đường ống nước giải nhiệt.
Cũng tương tự như hệ thống đường ống phân phối nước lạnh, việc ghép nối giữa bơm nước giải nhiệt và MLTT chiller khác nhau sẽ cho các sơ đồ khác nhau. Bơm giải nhiệt có thể được nối nối tiếp với MLTT chiller để tạo thành cụm bơm nước giải nhiệt – MLTT chiller; các cụm thiết bị này được ghép nhóm song song để tạo ra hệ thống có công suất giải nhiệt lớn hơn. Sơ đồ này tương tự như sơ đồ hình 3.1 khi bơm nước lạnh được thay bằng bơm nước giải nhiệt. Bơm giải nhiệt cũng có thể được ghép nhóm với nhau trên ống góp chung, MLTT chiller cũng được ghép nhóm với nhau trên ống góp chung như hình PL1.8 để tạo ra khả năng đổi lẫn vai trò cho nhau của các thiết bị cùng trong nhóm.
PL11
Có nhiều loại tháp giải nhiệt được sử dụng và được phân làm hai loại chính là tháp giải nhiệt kín và tháp giải nhiệt hở. Tháp giải nhiệt kín là loại tháp giải nhiệt mà việc trao đổi nhiệt (giải nhiệt) từ nước giải nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh thông qua bề mặt trao đổi nhiệt mà thường là dàn ống có cánh. Phân loại tháp giải nhiệt kín theo phương thức giải nhiệt có thể chia làm hai loại: tháp giải nhiệt khô, nước giải nhiệt trong tháp trao đổi nhiệt trực tiếp với không khí môi trường, và tháp giải nhiệt kín kiểu tưới, phía ngoài dàn ống trao đổi nhiệt được tưới nước phủ kín dàn ngoài, nước giải nhiệt trao đổi nhiệt với cả không khí và nước tưới giải nhiệt ở bên ngoài. Tháp giải nhiệt hở sử dụng phương thức trao đổi nhiệt (truyền nhiệt và truyền chất) trực tiếp giữa nước giải nhiệt và không khí môi trường bên ngoài. Tháp giải
nhiệt kiểu hở thường được phân chia làm hai loại theo phương thức bố trí dòng nước giải nhiệt và dòng không khí: tháp giải nhiệt ngược dòng (hay thường gọi là các tháp giải nhiệt kiểu tròn) và tháp giải nhiệt ngang dòng (cross flow cooling tower) hay vẫn thườn gọi là tháp giải nhiệt kiểu vuông. Các tháp giải nhiệt kiểu kín (tháp giải nhiệt khô và tháp giải nhiệt kiểu tưới) có hiệu suất thấp và không phù hợp với điều kiện Việt Nam nên ít được sử dụng. Các tháp giải nhiệt kiểu hở (tháp giải nhiệt ngược dòng và vuông dòng) có hiệu suất cao và phù hợp với điều kiện thời tiết Việt Nam nên được sử dụng rộng rãi.
Hệ thống đường ống
Hình PL1.8 Sơ đồ đường ống nước giải nhiệt và tháp giải nhiệt
PL12
nước giải nhiệt thường là hệ thống hở tương ứng với các tháp giải nhiệt hở. Do đó hệ thống đường ống nước giải nhiệt thường được chế tạo bằng ống thép mạ kẽm để chống ăn mòn.
Việc ghép nhóm các tháp giải nhiệt hở cũng cần phải lưu ý, sơ đồ đường ống có đường ống hồi ngược sẽ không thể áp dụng với tháp giải nhiệt hở, phương án tối ưu vẫn phải sử dụng van cân bằng ở đường cấp đến và đi khỏi tháp giải nhiệt để đảm bảo lưu lượng nước vào/ra của mỗi tháp giải nhiệt để không xảy ra sự cố tràn hay thiếu nước do mất cân bằng.
Các sơ đồ đường ống nước giải nhiệt chủ yếu là sơ đồ 2 đường ống với lưu lượng thay đổi và lưu lượng không đổi, trong đó hệ thống nước giải nhiệt có lưu lượng không đổi được sử dụng phổ biến hơn cả trong các hệ thống ĐHKK truyền thống.