Băng tan chảy bên ngoài ống (External melt ice – on –coil)
Băng tan chảy bên trong ống (Internal melt ice – on – coil)
Tích trữ băng dạng quả cầu băng (Ball Ice)
Hệ thống tích trữ băng tan chảy bên trong ống và hệ thống tích trữ băng tan chảy bên ngoài ống có thiết kế gần giống nhau, nhưng ở hệ thống tích trữ băng tan chảy bên trong ống sử dụng môi chất làm việc là Glycol, có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng nếu bị rò rỉ.
Người ta thường sử dụng nước muối hoặc ethylen glycol (nồng độ từ 25- 40%) làm chất tải lạnh trung gian vì nước muối và glycol có nhiệt độ -40C ÷ -50C, phù hợp với hệ thống ĐHKK tại Việt Nam. Tuy nhiên, khi sử dụng nước muối làm chất tải lạnh dễ gây rỉ sét hệ thống đường ống nên hiện nay người ta chủ yếu sử dụng Glycol làm chất tải lạnh trung gian.
Etylence Glycol không ăn mòn, nên an toàn cho đường ống, các bộ phận trong hệ thống Chiller.
a. Phương pháp tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ngoài ống (externalmelt ice-on-coil)
Hình 2.8. Tank trữ lạnh
Bồn tích trữ lạnh dạng này gồm một dàn lạnh đặt chìm trong bể nước, chất tải lạnh nhiệt độ thấp chảy trong ống.
Hình 2.9 trình bày quá trình hình thành và tan băng trên bề mặt ống. Chất tải lạnh thường được sử dụng là ethylen glycol, nồng độ từ 25-40%.
Glycol sau khi ra khỏi chiller được tách làm 2 nhánh, một nhánh đi vào bồn tích trữ lạnh để tạo băng và nhánh còn lại đi đến cấp lạnh trực tiếp cho phụ tải. Để sử dụng cho các hệ thống điều hòa không khí thông thường ta phải dùng thêm thiết bị trao đổi nhiệt glycol-nước do nhiệt độ glycol thấp.
Ở chế độ nạp tải (sản xuất băng): glycol được chiller làm lạnh xuống đến nhiệt độ khoảng -70C, lúc này glycol chỉ đi vào dàn lạnh của bồn tích trữ , băng bắt đầu hình thành trên bề mặt ống và dày lên dần.
Ở chế độ xả tải (làm tan băng): nước nóng (khoảng 120C) hồi về từ các thiết bị trao đổi nhiệt sẽ được làm lạnh tùy vào phương thức vận hành, nước lạnh ra khỏi bồn tích trữ có nhiệt độ khoảng 1-50C được đưa đến cấp lạnh cho các thiết bị trao đổi nhiệt.
Nếu hệ thống vận hành theo chế độ ưu tiên cho chiller thì chiller sẽ luôn luôn hoạt động ở chế độ đầy tải để cấp lạnh, khi yêu cầu phụ tải cao hơn năng suất lạnh của chiller, bồn tích trữ lạnh sẽ bù vào khoảng thiếu hụt này.
Nếu hệ thống vận hành theo chế độ ưu tiên cho bồn tích trữ thì bồn tích trữ sẽ cấp lạnh chủ yếu, khi yêu cầu phụ tải cao hơn khả năng cấp lạnh của bồn tích trữ chiller mới vận hành cấp lạnh bổ sung. Phương thức này không hiệu quả so với phương thức trên do chiller thường xuyên không vận hành ở chế độ đầy tải nên hiệu quả không cao.
1. Máy nén – bình ngưng 2. Van tiết lưu.
3. Bồn tích trữ băng. 4. Bơm nước lạnh. 5. Van chặn. 6. Phụ tải lạnh. 7. Tháp giải nhiệt. 8. Bơm nước giải nhiệt.
Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng tan chảy bên ngoài ống làm lạnh trực tiếp bằng tác nhân lạnh.
b. Phương pháp trữ lạnh kiểu băng tan chảy bên trong ống (Internal melt ice – on – coil)
Hình 2.11: Quá trình hình thành và tan băng bên trong ống
Lúc nạp tải thì chất tải lạnh (thường Etylen Glycol) chảy bên trong ống và làm lạnh các ống đó. Bên ngoài các ống đó chứa nước, nước sẽ bị làm lạnh cho tới khi đóng băng hoàn toàn.
Lúc xả tải thì chất tải lạnh chảy bên trong ống (lúc đó chất tải lạnh có nhiệt độ cao) và làm tan băng, sau đó chất tải lạnh được làm lạnh và nhiệt độ thấp xuống, chảy ra ngoài và đi tới bộ trao đổi nhiệt trung gian hoặc chảy thẳng tới hộ tiêu thụ để cung cấp tải lạnh.
c. Phương pháp trữ lạnh dạng quả cầu băng (Ball Ice)
Tích trữ dạng này được thực hiện qua thiết bị STL, STL là một thuật ngữ của Cristopia Energy System, đó chính là một bình chứa đầy quả cầu băng (Nodule).
Trong chế độ nạp tải thì chất tải lạnh đi qua bình chứa và trao đổi nhiệt với các Nodule và làm hình thành băng trong các Nodule. Khi xả tải thì chất tải lạnh có nhiệt độ cao đi vào bồn chứa và làm tan băng trong các Nodule.
STL được xác định bởi nhiệt độ chuyển pha và thể tích (nghĩa là từ công suất tích trữ và tốc độ trao đổi nhiệt).
Ví dụ:
STL – AC.00 - 15
15: Thể tích
00: Nhiệt độ chuyển pha
AC: Đường kính của Nodule (98mm)
Hầu hết các giải pháp PCM phù hợp cho HVAC và hệ thống lạnh đều có tính ăn mòn, cho nên một giải pháp để tránh nhiễm bẩn môi chất và ăn mòn hệ thống thì quả cầu băng (Nodule) là một giải pháp.
Sự hình thành quả cầu băng (Nodule) được mô phỏng dưới đây:
Hình 2.12. Sự hình thành quả cấu băng
Trên thị trường hiện nay, sản phẩm này được chế tạo và cung cấp với thị phần lớn nhất bởi Cristopia Energy Systems.
Hình 2.13. Thành phần và cấu tạo của quả cầu băng (Nodule)
* Vật liệu: Hỗn hợp của Polyolefin, dày khoảng 1.00mm * Bên trong chứa PCM (Phase Change Material)
* Tùy theo loại Nodule mà có nhiệt độ chuyển pha, khối lượng và nhiệt ẩn…khác nhau. * Nodule được sản xuất với ba loại có đường kính: 77mm (loại SN), 78mm (Loại IN) và loại 98mm (Loại AC.00). Tất cả nodule được sản xuất chịu áp suất cao- trên 10bar.
Bảng 2.2. Thông số của các Nodule của Cristopia Energy System
- Tùy theo loại Nodule có đường kính bao nhiêu mà nó có thời gian tạo băng và xả băng khác nhau quan hệ tuyến tính với nhiệt độ của chất tải lạnh.
- Số lượng Nodule trong hệ thống xác định tốc độ trao đổi nhiệt giữa PCM và lưu chất truyền nhiệt.
- Tích trữ băng dạng này thì các Nodule này sẽ được chứa trong bình lớn (Tank). Trong chế độ nạp tải thì chất tải lạnh đi qua bình chứa và trao đổi nhiệt với các Nodule và hình thành băng trong Nodule và chế xả tải thì chất tải lạnh có nhiệt độ cao đi vào bình chứa làm tan băng. Hai quá trình này được mô tả như hình dưới dưới:
Hình 2.14. Quá trình nạp và xả tải trong Nodule
Hình 2.15. Nodule trong bình chứa
- Cristopia Energy System đã đưa ra bề mặt trao đổi nhiệt và số lượng Nodule /m3 cho từng loại Nodule.
Bảng 2.3. Bề mặt trao đổi nhiệt và số lượng /m3 cuả các Nodule
Loại Nodule với đường kính ngoài ØN, mm
Bề mặt trao đổi nhiệt
(m2/kWh) Số lượng Nodule/m 3 77 1.0 2548 78 1.0 2444 98 0.6 1222 So sánh các phương pháp tích trữ dạng băng
Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm
Băng tan ngoài ống
+Có thể chế tạo trong nước do cấu tạo đơn giản, giá thành thấp.
+Vận hành dễ dàng.
+Không gây ăn mòn đường ống và thiết bị.
+Dễ gây ứng suất nhiệt làm vỡ ống.
Băng tan trong ống
+Có thể chế tạo trong nước do cấu tạo đơn giản, giá thành thấp.
+Vận hành dễ dàng.
+Không gây ăn mòn đường ống và thiết bị.
+Dễ gây ứng suất nhiệt làm vỡ ống.
Quả cầu băng
+Không gây ra hiện tượng ứng suất nhiệt.
+Không gây ăn mòn đường ống và thiết bị.
+Phạm vi ứng dụng rộng với các nhiệt độ khác nhau tùy loại cầu băng.
+Đòi hỏi công nghệ cao. +Giá thành đắt.
+Phải nhập ngoại.
Đánh giá: Sau khi phân tích 3 phương pháp trữ lạnh dạng băng trên em thấy phương pháp trữ lạnh dùng tank trữ lạnh dạng cầu nhiệt là hợp lý nhất Nha
Trang Plaza là công trình 5 sao với vốn đầu tư nước ngoài, đòi hỏi công nghệ cao và tiết kiệm điện.
Do vậy hiện nay tại công trình Nha Trang Plaza cũng đã lựa chọn hệ thống tích trữ băng dạng quả cầu băng, glycol làm chất tải lạnh trung gian cho hệ thống water chiller.