Hiểu về COP IPLV NPLV của Chiller

HIỂU VỀ COP IPLV NPLV CỦA CHILLER

Thân chào bạn đọc!

Chào mừng bạn đến với Chiller Learner - nơi chia sẻ kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu về lĩnh vực HVAC và hệ thống Chiller.

Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về chủ đề: "Hiểu về COP IPLV NPLV của Chiller".

    Khi nhắc đến Chiller hoặc các thiết bị điều hòa nói chung, một trong những chỉ số quan trọng được xem xét hàng đầu đó là hiệu suất làm lạnh, trong đó COP, IPLV hay NPLV đều có điểm chung khi đánh giá về hiệu quả làm lạnh của Chiller. Vậy đâu là điểm khác nhau của những chỉ số này, sau đây hãy cùng Chiller Learner làm rõ một số khái niệm quan trọng.

I. Công suất lạnh ròng Qev (Net Refrigerating Capacity – kW hoặc RT)

    Công suất lạnh là công suất có ích thu được từ bình bay hơi của Chiller để làm mát nguồn nhiệt bên ngoài.

Qev = m𝑤 ∙ cp ∙ (Tin - Tout)

    Với: mw: lưu lượng khối lượng của nước qua bình (kg/s)
            Cp: nhiệt dung riêng của nước (kJ/kgK) ở điều kiện hoạt động
            Tin – Tout: Chênh nhiệt độ nước vào và ra của bình bay hơi (oC)

II. Tổng Công suất điện đầu vào Winput (Total Input Power – kW)

    Là tổng công suất điện đầu vào của tất cả các bộ phận trong Chiller, bao gồm cả các nguồn phụ nhưng không bao gồm điện đầu vào của bơm tích hợp (nếu có). Hầu hết trường hợp máy nén chiếm phần lớn công suất điện đầu vào này.

III. Hệ số hiệu suất làm lạnh (COP - Cooling Coefficient of Performance), kW/kW

    Đây là tỷ lệ giữa công suất làm lạnh ròng Qev (Net Refrigerating Capacity - kW) trên tổng công suất điện đầu vào Winput (Total Input Power - kW) ở một điều kiện xác định.

COP = Qev/ Winput

    Giá trị này càng lớn thì Chiller có hiệu suất làm lạnh càng cao. Ví dụ: Chiller 800RT có COP 6.0 kW/kW ở điều kiện nước 7/12 - 32/37.

IV. Hệ số công suất điện đầu vào trên công suất lạnh (Power Input per Capacity), kW/RT

    Hệ số này là tỷ lệ giữa tổng công suất điện đầu vào Winput (Total Input Power - kW) trên công suất làm lạnh ròng Qev (đơn vị Tấn lạnh - RT) ở một điều kiện xác định.

kW/RT = Winput/Qew

    Trái ngược với hệ số COP, nếu hệ số kW/RT càng nhỏ thì Chiller có hiệu suất làm lạnh càng cao. Ví dụ: nếu Chiller có COP = 6.0kW/kW (ở điều kiện xác định) thì hệ số kW/RT lúc này của Chiller là 0.586 kW/RT (1RT = 3.51685 kW lạnh).

    Với 2 khái niệm trên ta đều có thể dùng để đánh giá hiệu suất làm lạnh của Chiller, cần lưu ý rằng để đánh giá đúng hiệu suất của một Chiller ta cần đề cập đến điều kiện hoạt động của Chiller tại thời điểm xét.
Ví dụ: Chiller 800RT có COP 6.0 kW/kW ở điều kiện nước 7/12 - 32/37.

    Nhiều người khi nói đến hiệu suất chiller khi hoạt động ở 1000 kW, 2000 kW, 3000 kW, … có COP bằng 5.0, 5.5, 6.0 kW/kW v.v… mà không đề cập đến điều kiện hoạt động thì COP đó cũng không có nhiều ý nghĩa. Vì ở mỗi điều kiện nhiệt độ nước vào/ra của bình bay hơi, bình ngưng Chiller khác nhau thì COP Chiller sẽ thay đổi rất nhiều.
Chiller Learner sẽ có riêng một bài viết về tác động của nhiệt độ nước ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của Chiller. Bạn đọc theo dõi nhé!

V. Hệ số IPLV và NPLV của Chiller

    - IPLV (Integrated Part-Load Value) là giá trị thể hiện hiệu suất làm lạnh khi Chiller hoạt động non tải ở điều kiện đánh giá tiêu chuẩn (được gọi là điều kiện AHRI 550:590 theo hệ IP hoặc AHRI 551:591 theo hệ SI).

    - NPLV (Non-Standard Part-Load Value) thể hiện hiệu suất làm lạnh khi hoạt động non tải, tuy nhiên lúc này điều kiện đánh giá không phải ở điều kiện tiêu chuẩn mà liên quan đến điều kiện thiết kế của mỗi dự án. Do đó hệ số NPLV được đánh giá là gần với thực tế dự án hơn so với IPLV.

    Hai hệ số IPLV và NPLV của Chiller cùng được tính dựa trên công thức sau:

    Trong đó: 
    A = COP (kW/kW) ở 100% load
    B = COP (kW/kW) ở 75% load 

    C = COP (kW/kW) ở 50% load 

    D = COP (kW/kW) ở 25% load

    Hoặc công thức:

    Trong đó: 

    A = kW/RT ở 100% load

    B = kW/RT ở 75% load 

    C = kW/RT ở 50% load 

    D = kW/RT ở 25% load

    Ở 2 công thức trên, các hệ số 0.01 0.42 0.45 0.12 có thể hiểu là tỉ trọng thời gian tương ứng với % tải hoạt động của Chiller. Nghĩa là 1% thời gian Chiller hoạt động ở 100% tải, 42% thời gian hoạt động ở 75% tải, 45% thời gian hoạt động ở 50% tải và 12% thời gian hoạt động ở 25% tải.

VI. Điều kiện khi đánh giá hệ số IPLV và NPLV của Chiller

    Như đã trình bày phía trên, ta thấy rằng hệ số IPLV và NPLV có cùng chung công thức tính, nhưng khác nhau ở điều kiện hoạt động của Chiller khi đánh giá.
Đối với từng kiểu giải nhiệt bình ngưng khác nhau điều kiện đánh giá cũng sẽ khác. Trong phạm vi bài này, Chiller Learner sẽ tập trung phân tích về Chiller giải nhiệt nước (Water cooled Chiller).

    - Điều kiện đánh giá đối với hệ số IPLV.IP và NPLV.IP (theo AHRI 550:590):

    - Điều kiện đánh giá đối với hệ số IPLV.SI và NPLV.SI (theo AHRI 551:591):

VII. Tổng kết

    Hiện nay hầu như hãng Chiller nào cũng thể hiện giá trị IPLV/ NPLV trong bảng thông số kỹ thuật của Chiller. Tuy nhiên khi đã hiểu rõ công thức tính và điều kiện đánh giá (được trình bày ở mục 5 & 6) chúng ta hoàn toàn có thể tự tính toán các giá trị này, từ đó đặt ra yêu cầu giới hạn tối thiểu về giá trị IPLV/ NPLV của Chiller theo nhu cầu của từng dự án mà bạn thiết kế.
Chúng tôi cũng đã soạn sẵn form tính cho các giá trị COP, IPLV, NPLV của Chiller, nếu bạn đọc cần hãy liên hệ chúng tôi (tất cả hoàn toàn miễn phí). 

    Như vậy chúng ta vừa tìm hiểu về "COP IPLV NPLV của Chiller". Nếu có bất kỳ thắc mắc hoặc ý kiến đóng góp về nội dung bài viết, anh/chị hãy để lại bình luận hoặc gửi mail về địa chỉ chillerlearner@gmail.com. Xin cảm ơn!

Thân chào và hẹn gặp lại ở chủ đề tiếp theo!

Chiller Learner.

Hiện tượng đọng sương trên lớp vỏ AHU

HIỆN TƯỢNG ĐỌNG SƯƠNG TRÊN LỚP VỎ AHU

Thân chào bạn đọc!

Chào mừng bạn đến với Chiller Learner - nơi chia sẻ kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu về lĩnh vực HVAC và hệ thống Chiller.

Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về chủ đề: "Hiện tượng đọng sương trên lớp vỏ AHU".

I. Tổng quan

    Về bản chất, hiện tượng đọng sương xảy ra khi lớp không khí được làm lạnh dưới nhiệt độ đọng sương của nó, lúc này nước trong khối không khí ẩm sẽ bắt đầu tách ra.

    Vì vậy trong thực tế khi chúng ta thấy lớp vỏ AHU bị đọng sương khi bề mặt đó có nhiệt độ thấp đã làm lạnh lớp không khí tiếp xúc nó xuống thấp dưới điểm đọng sương, lúc này nước tách ra từ không khí sẽ bám lên bề mặt thiết bị.

Hình 1 - Minh hoạ hiện tượng đọng sương trên vỏ AHU

    Việc đọng sương trên bề mặt thiết bị là một trong những kết quả không mong muốn trong quá trình vận hành, ngoài việc giảm tính thẩm mỹ, việc đọng sương trên bề mặt còn gây rỉ sét một số linh kiện liên quan, ảnh hưởng đến sàn/ trần nơi lắp đặt thiết bị.
Ngay sau đây hãy cùng đi sâu hơn về nội dung này cũng như cách phòng tránh trong quá trình thiết kế.

    Để kiểm tra vỏ AHU có khả năng xảy ra đọng sương hay không, ta cần quan tâm 2 thông số chính: nhiệt độ đọng sương của không khí xung quanh AHU và hệ số cầu nhiệt của cấu hình vỏ AHU.

II. Nhiệt độ đọng sương của môi trường xung quanh AHU

    Đây là nhiệt độ mà tại đó không khí đạt trạng thái bão hòa (với độ ẩm tương đối 100%) sau khi được làm lạnh mà không làm thay đổi độ chứa hơi trong không khí đó.

    Để xác định được nhiệt độ đọng sương của không khí ở điều kiện bất kỳ, ta cần biết 2 thông số sau: nhiệt độ bầu khô (Dry Bulb, là nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế) và độ ẩm tương đối (Relative humidity). Hiện nay có khá nhiều công cụ hỗ trợ việc tra nhiệt độ đọng sương, đơn giản nhất là sử dung đồ thị Psychrometric của không khí ẩm.

    Như vậy, với mỗi điều kiện không khí (nhiệt độ-DB & độ ẩm tương đối-RH), ta sẽ tra được nhiệt độ đọng sương (DP) của không khí tương ứng.

Hình 2 - Thông số trạng thái của không khí ẩm

    Như hình 2 trên chúng ta thấy:
        - Point A: DB = 25 oC và RH = 50%  thì DP (Dew point) = 13.9 oC 
        - Point B: DB = 30 oC, RH = 55%, DP = 20 oC
        - Point C: DB = 35 oC, RH = 60%, DP = 26.1 oC

    Kết quả trên cho thấy rằng, khi không khí có nhiệt độ/ độ ẩm càng cao thì nhiệt độ đọng sương và khả năng đọng sương của không khí đó càng cao.

    Điều gì sẽ xảy ra nếu bề mặt thiết bị có nhiệt độ 23 oC và được đặt trong môi trường với 3 điều kiện trên?

    Đáp án là thiết bị sẽ bị đọng sương trên bề mặt ở trường hợp C, do lớp không khí tiếp xúc bề mặt thiết bị được làm lạnh xuống thấp hơn 26.1 oC (điểm đọng sương của không khí đó), lúc này nước tách ra sẽ bám trên thành bề mặt thiết bị.

    Vì vậy khi thiết bị làm lạnh có nhiệt độ bên trong càng thấp hoặc được đặt trong môi trường có Dewpoint càng cao sẽ càng dễ xảy ra hiện tượng đọng sương hơn.

III. Hệ số cầu nhiệt Kb (Thermal bridging factor) của cấu hình vỏ AHU

    Đây là hệ số tượng trưng cho khả năng hạn chế sự truyền nhiệt giữa môi trường bên trong và ngoài qua lớp vỏ AHU.

    Hệ số Kb được giới thiệu trong tiêu chuẩn British Standard BS EN 1886:1998, với công thức sau:

    Dựa vào công thức trên, nếu biết trước hệ số Kb của vỏ AHU, ta có thể suy ra nhiệt độ bề mặt của thiết bị tại thời điểm đó, sau đó so với nhiệt độ đọng sương của môi trường xung quanh để kiểm tra khả năng đọng sương.

    Thông thường hệ số Kb sẽ được tính toán và chọn để đảm bảo việc đọng sương không xảy ra với việc giả định trước tsmax.

    Với mỗi phân loại cấp độ cầu nhiệt TB1 ~ TB5 của vỏ AHU khác nhau sẽ đi kèm với khoảng hệ số Kb tương ứng.

IV. Ví dụ minh họa

    Giả sử AHU đang hoạt động ổn định với nhiệt độ gió bên trong khoảng 12oC, môi trường xung quanh AHU có DB = 30oC & RH = 60%, AHU được thiết kế với cấu hình vỏ TB3 (tương ứng với 0.45<Kb<0.6, chọn giá trị thấp nhất để tính toán là 0.45). Trường hợp này có khả năng xảy ra đọng sương trên bề mặt AHU không?

    Áp dụng công thức Kb ở trên: Kb = 0.45 = (12 - tsmax)/(12-30)
                                        Suy ra: Tsmax = 20.1 oC

    Do nhiệt độ bề mặt vỏ AHU (Tsmax = 20.1) thấp hơn nhiệt độ đọng sương của không khí xung quanh AHU (DPa = 21.4) nên có khả năng xảy ra đọng sương trên bề mặt.

    Để khắc phục chúng ta cần tăng nhiệt độ bề mặt vỏ AHU cao hơn ít nhất 0.5~1oC so với DPa , nghĩa là Tsmax ~ 22.4 oC.

    Lúc này hệ số cầu nhiệt Kb cần là: Kb = (12 - 22.4)/(12-30) = 0.58

    Vì vậy, khi thiết kế AHU cần chọn cấu hình vỏ AHU với hệ số cầu nhiệt Kb cao hơn 0.58, tương đương Class TB2 trở lên.

    Như vậy chúng ta vừa tìm hiểu về hiện tượng đọng sương trên lớp vỏ AHU. Nếu có bất kỳ thắc mắc hoặc ý kiến đóng góp về nội dung bài viết, anh/chị hãy để lại bình luận hoặc gửi mail về địa chỉ chillerlearner@gmail.com. Xin cảm ơn!

Thân chào và hẹn gặp lại ở chủ đề tiếp theo!

Chiller Learner.

Hiểu về hệ thống Chiller

HIỂU VỀ HỆ THỐNG CHILLER

Thân chào bạn đọc!

Chào mừng bạn đến với Chiller Learner - nơi chia sẻ kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu về lĩnh vực HVAC và hệ thống Chiller.

Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về chủ đề: "Hiểu về hệ thống Chiller".

I. Khái niệm

    Nói một cách ngắn gọn thì đây là hệ thống sử dụng thiết bị làm lạnh trung tâm (gọi tắt là Chiller) để làm lạnh nước và cấp nước lạnh này đến các thiết bị trao đổi nhiệt (AHU/FCU, …) để làm mát không khí trong không gian điều hòa.
Song song đó, Chiller cũng sản sinh ra một lượng nhiệt nóng thải ra ngoài. Trường hợp Chiller được giải nhiệt bằng nước mát từ tháp giải nhiệt, ta gọi đây là hệ thống Water cooled Chiller. Mặc khác nếu Chiller được giải nhiệt bằng gió từ môi trường xung quanh, ta có hệ thống Air cooled Chiller.

Hình 1 - Nguyên lý truyền nhiệt trong hệ thống Chiller

    Bản chất nguyên lý hoạt động của hệ thống Chiller là quá trình truyền năng lượng nhiệt từ không gian điều hòa ra ngoài môi trường thông qua các quá trình trao đổi nhiệt giữa không khí, nước và môi chất lạnh, trong đó nước đóng vai trò là chất tải lạnh trung gian. Để có cái nhìn tổng quan hơn mời bạn đọc xem hình 1 bên trên.

II. Các thiết bị chính trong hệ thống Chiller

    Sau đây, hãy quan sát sơ đồ nguyên lý mạch nước điển hình trong hệ thống Water cooled Chiller bên dưới.

Hình 2 - Thiết bị chính trong hệ thống Water cooled Chiller

    Hệ thống Water-cooled Chiller gồm các thiết bị chính sau:

    - Chiller: thiết bị làm lạnh nước trung tâm. Bên trong Chiller có các thiết bị chính thực hiện chu trình lạnh như: máy nén (compressor), bình ngưng tụ (condenser), van tiết lưu (expansion valve), bình bay hơi (evaporator) với môi chất lạnh/ ga lạnh đi bên trong. 
Phần nhiệt lượng sinh ra & hấp thụ từ chu trình lạnh được trao đổi với bên ngoài qua các bình trao đổi nhiệt, cụ thể là bình ngưng tụ và bình bay hơi.
        + Bình bơi hơi: trao đổi nhiệt từ quá trình bay hơi của môi chất lạnh để làm lạnh nước và cấp đến nơi sử dụng. 
Vì vậy bình này sẽ có 2 ngõ kết nối vào/ra với hệ thống ống nước lạnh (phần ống màu xanh ở hình 2)
        + Bình ngưng tụ: đảm nhận vai trò giải nhiệt cho quá trình ngưng tụ của môi chất lạnh trong Chiller. Tương tự bình này cũng sẽ có 2 ngõ kết nối vào/ra với hệ thống ống nước giải nhiệt (phần ống màu đỏ & cam ở hình 2)

    - Dàn lạnh (Airside) AHU/FCU: tại đây nước lạnh được cấp từ chiller sẽ trao đổi nhiệt với gió từ không gian điều hòa từ đó làm mát phòng.
Đối với các ứng dụng khác như giải nhiệt cho thiết bị sản xuất hoặc làm mát thực phẩm, ta cũng có thể sử dụng nước lạnh từ hệ thống chiller này, thông thường sẽ cần thông qua bộ trao đổi nhiệt trung gian (Plate Heat Exchanger).

    - Tháp giải nhiệt (Cooling Tower): như đã đề cập ở trên, tháp giải nhiệt đóng vai trò làm mát nước giải nhiệt cho Chiller nhờ vào trao đổi nhiệt với gió từ môi trường xung quanh.

    - Bơm nước lạnh (Chilled water pump) & bơm giải nhiệt (condenser water pump): để nước được tuần hoàn trong hệ thống ta cần có hệ thống bơm ở mỗi mạch nước lạnh và nước giải nhiệt. Lưu lượng bơm được chọn để đáp ứng lưu lượng nước yêu cầu của Chiller và cột áp đáp ứng trở lực của hệ thống.

    Ngoài các thiết bị chính và hệ thống đường ống, chúng ta cần phải bố trí các van nước, phụ kiện, đồng hồ đo, … để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định cũng như phục vụ nhu cầu giám sát, cân chỉnh, điều khiển, cũng như bảo trì, v.v…

III. Van nước, phụ kiện trong hệ thống Chiller

    Tiếp theo là cách bố trí và vai trò của các phụ kiện, van nước tại mỗi thiết bị chính trong hệ thống:

    - Đối với Chiller

Hình 3 - Chi tiết van, phụ kiện kết nối Chiller

        + Van chặn: bố trí tại mỗi đoạn ống vào/ra Chiller, giúp chủ động cô lập mạch nước trong trường hợp muốn cách ly chiller cho mục đích bảo trì sửa chửa.

        + Van cân bằng: lắp đặt khi hệ thống có nhiều chiller mắc song song nhau, giúp cân bằng áp suất nhằm đảm bảo lượng nước qua chiller phù hợp với thiết kế, tránh trường hợp nước qua các chiller không đều.

        + Van điện 2 ngã điều khiển on-off: đây cũng là van được lắp đặt khi hệ thống có nhiều chiller mắc song song, giúp tự động đóng mở theo trạng thái hoạt động của Chiller, hạn chế trường hợp Chiller không hoạt động nhưng nước vẫn chảy qua làm ảnh hưởng đến lưu lượng qua các chiller khác và sự hòa trộn nước không được làm lạnh tại đầu ra các chiller.

        + Công tác dòng chảy (flow switch): giúp đảm bảo cho chiller hoạt động chỉ khi có tín hiệu nước đi qua chiller. Thông thường các chiller hiện nay đã bao gồm phụ kiện này đi kèm khi nhập khẩu về.

        + Đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ: phục vụ nhu cầu theo dõi trong quá trình hệ thống vận hành.

        + Van xả: thường được lắp đặt tại các vị trí thấp nhất của hệ thống, vai trò xả bỏ nước, cặn lắng đọng trong quá trình bảo trì.

        + Khớp nối mềm: giảm thiểu ảnh hưởng của sự rung động do Chiller vận hành tác động lên hệ thống ống, đồng thời giúp việc kết nối ống vào Chiller dễ dàng hơn.

    - Đối với bơm nước lạnh, bơm giải nhiệt:

Hình 4 - Chi tiết van, phụ kiện kết nối cho bơm nước

        + Van chặn: bố trí tại mỗi đoạn ống vào/ra bơm, giúp chủ động cô lập mạch nước trong trường hợp muốn cách ly bơm cho mục đích bảo trì sửa chửa.

        + Van 1 chiều: cho phép dòng chảy chỉ đi theo 1 hướng, giúp bảo vệ bơm, ngăn ngừa dòng chảy ngược khi hệ thống dừng (hạn chế búa nước)

        + Lọc Y: lọc cặn, vật thể lạ trước khi qua bơm.

        + Đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ.

        + Khớp nối mềm.

    - Đối với coil lạnh AHU/FCU:

Hình 5 - Chi tiết van, phụ kiện kết nối cho dàn lạnh AHU

    Ở đây có 2 loại van cần lưu ý:

        + Van cân bằng: chúng ta thấy rằng hầu hết trong hệ thống chiller sẽ có nhiều dàn lạnh được kết nối, vì vậy việc cân bằng thủy lực giữa các AHU/FCU nhằm đảm bảo lượng nước qua các thiết bị này phù hợp với thiết kế là điều cần được quan tâm.

        + Van 2 ngã điều khiển tuyến tính: đây là van góp phần quan trọng trong việc điều khiển nhiệt độ phòng, bằng việc tự động thay đổi độ mở van để điều khiển lưu lượng nước qua coil phù hợp dựa trên tín hiệu chênh giữa nhiệt độ phòng và giá trị cài đặt giúp duy trì nhiệt độ phòng theo mong muốn.

    Ngày nay nhiều hệ thống Chiller được thiết kế với việc sử dụng van tích hợp PICV, nó có thể đảm nhận chức năng của van cân bằng và cả van điều khiển lưu lượng, việc này giúp đơn giản hệ thống và tiết kiệm không gian lắp đặt, đồng thời có thể kết hợp tính năng đo đếm năng lượng.

    - Đối với tháp giải nhiệt:

Hình 6 - Chi tiết van, phụ kiện kết nối cho tháp giải nhiệt

    Ta cũng sẽ có các van điện on/off trên đường ống cấp/ hồi nước giải nhiệt để đóng mở theo trạng thái hoạt động của tháp. Ngoài ra còn có các đường kết nối khác như: đường cấp nước bổ sung (makeup water), đường xả nước (Drain water), đường cân bằng nước trường hợp có nhiều tháp (Balance water).

    Bên cạnh các thiết bị chính trên, trong hệ thống Chiller chúng ta còn có các thiết bị phụ trợ khác giúp hệ thống hoạt động ổn định như: bình giãn nở, bộ châm hóa chất, các thiết bị cảm biến để lấy tín hiệu điều khiển, đồng hồ đo lưu lượng (Flow meter), van xả khí tự động (thường đặt ở vị trí cao nhất của hệ thống), cụm van by-pass (để duy trì lưu lượng nước tối thiểu qua Chiller khi thiết kế mạch nước thay đổi lưu lượng, tôi sẽ có riêng 1 bài viết về chủ đề này), …

    Như vậy chúng ta vừa tìm hiểu về vai trò và vị trí của các thiết bị chính trong hệ thống Chiller. Nếu có bất kỳ thắc mắc hoặc ý kiến đóng góp về nội dung bài viết, anh/chị hãy để lại bình luận hoặc gửi mail về địa chỉ chillerlearner@gmail.com. Xin cảm ơn!

Thân chào và hẹn gặp lại ở chủ đề tiếp theo!

Chiller Learner.

Các kiểu thiết kế mạch nước Chiller

CÁC KIỂU THIẾT KẾ MẠCH NƯỚC CHILLER

Thân chào bạn đọc!

Chào mừng bạn đến với Chiller Learner - nơi chia sẻ kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu về lĩnh vực HVAC và hệ thống Chiller.

Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về chủ đề: "Các kiểu thiết kế mạch nước Chiller".

I. Tổng quan

    Mạch nước lạnh Chiller (chilled water loop) có vai trò chuyển tải nước được làm lạnh từ Chiller đến thiết bị trao đổi nhiệt AHU/FCU và tuần hoàn nước trở lại chiller để tiếp tục làm lạnh. Việc tuần hoàn nước được thực hiện nhờ vào các bơm nước lạnh (Chilled water pump), và đây là mạch nước kín.

Trên thực tế có nhiều kiểu thiết kế mạch nước lạnh khác nhau, vậy đó là những kiểu nào và cách lựa chọn mạch nước để thiết kế cho phù hợp với mỗi dự án sẽ được chúng tôi làm rõ trong chủ đề hôm nay.

Đầu tiên cần đến với công thức “kinh điển” đối với các kỹ sư ngành nhiệt lạnh trong việc tính toán lượng nhiệt/ công suất lạnh (Q) của thiết bị trao đổi nhiệt (dàn lạnh AHU/ FCU, ...).

Ta có công thức: Q = m.Cp.DeltaT
Hay: Q (kW) = Lưu lượng nước [l/s] * 1 [kg/L] * 4.19 [kJ/kgK] * Chênh nhiệt độ nước vào/ra dàn lạnh [oC]
Với: 4.19 là nhiệt dung riêng của nước [kJ/kgK]; 1: khối lượng riêng của nước [kg/L]
(ở điều kiện tiêu chuẩn gần nhiệt độ phòng (~ 20°C) và áp suất khí quyển).

Từ công thức trên ta thấy rằng: Khi Q thay đổi (tải nhiệt trong phòng thay đổi), có 2 cách điều chỉnh mạch nước của hệ thống Chiller để đáp ứng tải thay đổi này, đó là:
    1. Thay đổi chênh nhiệt độ nước vào/ra dàn lạnh & lưu lượng nước qua dàn lạnh không đổi (Constant flow rate).
    2. Cố định chênh nhiệt độ nước vào/ra dàn lạnh & lưu lượng nước qua dàn lạnh thay đổi (Variable flow rate).

Từ đó mạch nước Chiller sẽ có 2 kiểu thiết kế chính là: Constant flow rate và Variable flow rate. Tuy nhiên do sự khác nhau trong cách điều chỉnh lưu lượng qua Chiller và qua dàn coil trao đổi nhiệt (Airside system), nên trên thực tế mạch nước lạnh của hệ thống Chiller sẽ có các dạng thiết kế chi tiết sau:
    1. Chiller: Constant flow & Airside system: Constant flow
    2. Chiller: Constant flow & Airside system: Variable flow
    3. Chiller: Constant flow & Airside system: Variable flow (Primary – Secondary System)
    4. Chiller: Variable flow & Airside system: Variable flow (Variable Primary Flow System - VPF)

Trong phần tiếp theo hãy cùng tìm hiểu ý nghĩa và cách điều khiển của từng kiểu thiết kế trên.

II. Các kiểu thiết kế mạch nước Chiller phổ biến

    1. Loại 1: Chiller-Constant flow & Airside system-Constant flow

Hình 1 - Mạch Chiller-Constant flow & Airside system-Constant flow

    Đối với mạch nước Loại 1: Lưu lượng nước qua Chiller và qua hệ thống Airside sẽ được duy trì không đổi ở bất kỳ điều kiện tải thay đổi nào.

    - Đặc điểm:

       + Bơm nước lạnh (Chilled water pump) vận hành ở lưu lượng không đổi. Bạn cũng có thể chọn bơm biến tần trong trường hợp này, tuy nhiên mục đích chính là để cân chỉnh lưu lượng về đúng thiết kế tránh lãng phí năng lượng, chứ không nhằm mục đích thay đổi tần số trong quá trình hoạt động.

       + Van 3 ngã tại Airside (AHU/FCU): thường được lắp tại đầu ra AHU/FCU, mục đích là để by-pass 1 phần nước qua coil khi giảm tải. 

    - Nguyên lý điều khiển: 

       + Chiller được tự động điều khiển công suất để cấp nước lạnh với nhiệt độ cài đặt mong muốn.

       + Bơm nước lạnh sẽ vận hành để đảm bảo lưu lượng nước trong hệ thống không đổi.

       + Trường hợp tải lạnh cần giảm, van 3 ngã sẽ điều chỉnh độ mở van để giảm lượng nước trực tiếp qua coil lạnh và phần nước còn lại sẽ được bypass qua coil. Van 3 ngã sẽ được điều khiển dựa trên tín hiệu nhiệt độ phòng so với giá trị cài đặt.

    - Ứng dụng:

       + Các dự án có nhu cầu tải ít biến động và thường ở tải đỉnh.

       + Dự án có công suất lạnh nhỏ, cần vận hành và điều khiển đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không cao.

    - Nhược điểm:

       + Tốn năng lượng tiêu thụ của bơm khi vận hành liên tục ở lưu lượng không đổi.

    2. Loại 2: Chiller-Constant flow & Airside system-Variable flow

Hình 2 - Mạch Chiller-Constant flow & Airside system-Variable flow

    Đối với mạch nước Loại 2: Lưu lượng nước qua Chiller sẽ được duy trì không đổi và nước qua hệ thống Airside sẽ được thay đổi theo điều kiện tải thay đổi.

    - Đặc điểm: gần giống với sơ đồ loại 1, tuy nhiên khi tải thay đổi thay vì nước được bypass qua mỗi dàn lạnh thì ở sơ đồ Loại 2 nước sẽ được bypass qua đường ống chính.

       + Bơm nước lạnh (Chilled water pump) vận hành ở lưu lượng không đổi.

       + Đường ống & van bypass: nối giữa ống cấp và hồi chính để by-pass 1 phần nước trước khi đến dàn lạnh khi giảm tải.

       + Van 2 ngã: điều khiển độ mở van để tăng/ giảm lưu lượng nước qua coil theo nhu cầu tải.

    - Nguyên lý điều khiển:

       + Chiller được tự động điều khiển công suất để cấp nước lạnh với nhiệt độ cài đặt mong muốn.

       + Bơm nước lạnh sẽ vận hành để đảm bảo lưu lượng nước trong hệ thống không đổi.

       + Trường hợp tải lạnh cần giảm, van 2 ngã sẽ điều chỉnh độ mở van để giảm lượng nước qua coil lạnh (van 2 ngã sẽ được điều khiển dựa trên tín hiệu nhiệt độ phòng so với giá trị cài đặt). Phần nước còn lại không qua coil sẽ đi qua đường ống bypass thông qua việc điều chỉnh độ mở của van bypass (dựa vào tín hiệu chênh áp suất của thiết bị đầu cuối).

    - Ứng dụng:

       + Các dự án có nhu cầu tải ít biến động và thường ở tải đỉnh.

       + Dự án có công suất lạnh nhỏ, cần vận hành và điều khiển đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không cao.

       + Thường được thiết kế khi không gian lắp đặt ống bypass tại airside hạn chế.

    - Nhược điểm:

       + Tốn năng lượng tiêu thụ của bơm khi vận hành liên tục ở lưu lượng không đổi.

    3. Loại 3: Chiller-Constant flow & Airside system-Variable flow (Primary – Secondary System)

Hình 3 - Chiller-Constant flow & Airside system-Variable flow (Primary – Secondary System)

    Đối với mạch nước Loại 3: Lưu lượng nước qua Chiller sẽ được duy trì không đổi và nước qua hệ thống Airside sẽ được thay đổi theo điều kiện tải.

    - Đặc điểm: mỗi mạch sẽ có cụm bơm riêng điều khiển lưu lượng độc lập, với mạch Chiller là cụm bơm sơ cấp (Primary pump) và mạch Airside là cụm bơm thứ bơm (Secondary pump).

       + Bơm nước lạnh qua Chiller (Primary pump): duy trì lưu lượng không đổi qua Chiller.

       + Bơm nước lạnh qua Airside (Secondary pump) điều khiển bởi biến tần: để cấp nước đến dàn lạnh và thay đổi lưu lượng cho phù hợp với nhu cầu tải.

       + Đường ống bypass: nối giữa ống cấp và hồi chính để by-pass phần nước chênh lệch giữa bơm sơ cấp và bơm thứ cấp. Lưu ý trên đoạn ống này sẽ không lắp van.

       + Van 2 ngã: điều khiển độ mở van để tăng/ giảm lưu lượng nước qua coil theo nhu cầu tải.

    - Nguyên lý điều khiển:

       + Chiller được tự động điều khiển công suất để cấp nước lạnh với nhiệt độ cài đặt mong muốn.

       + Bơm sơ cấp sẽ vận hành để đảm bảo lưu lượng nước trong hệ thống không đổi.

       + Bơm thứ cấp và van 2 ngã tại dàn lạnh sẽ điều chỉnh lưu lượng phù hợp với nhu cầu tải.

       + Lưu lượng nước chênh lệch giữa bơm sơ cấp và thứ cấp sẽ tự chảy qua đoạn ống bypass.

    - Ứng dụng:

       + Các dự án có tải biến động, muốn duy trì lưu lượng nước ổn định qua Chiller, tiết kiệm năng lượng vận hành của bơm thứ cấp khi tải thay đổi.

       + Dự án có công suất lạnh lớn, cần cấp nước đến nhiều khu vực sử dụng nước lạnh xa nhau/ riêng biệt, lúc này mỗi khu vực sẽ lắp 1 cụm bơm thứ cấp tương ứng.

    - Nhược điểm:

       + Thiết kế & điều khiển phức tạp hơn hệ thống lưu lượng không đổi, chi phí đầu tư ban đầu cao.

       + Vẫn còn tốn nhiều điện năng cho bơm sơ cấp.

    4. Loại 4: Chiller-Variable flow & Airside system-Variable flow (Variable Primary Flow System - VPF)

Hình 4 - Chiller-Variable flow & Airside system-Variable flow (Variable Primary Flow System - VPF)

    Đối với mạch nước Loại 4: Lưu lượng nước qua Chiller và qua hệ thống Airside sẽ được thay đổi theo điều kiện tải. Đây cũng là kiểu thiết kế phổ biến hiện nay.

    - Đặc điểm:

       + Bơm nước lạnh (Chilled water pump): điều khiển bởi biến tần.

       + Van 2 ngã: điều khiển độ mở van để tăng/ giảm lưu lượng nước qua coil theo nhu cầu tải.

       + Đường ống bypass: nối giữa ống cấp và hồi chính để bypass nước nhằm đảm bảo lượng nước tối thiểu qua Chiller.

    - Nguyên lý điều khiển:

       + Chiller được tự động điều khiển công suất để cấp nước lạnh với nhiệt độ cài đặt mong muốn.

       + Bơm nước lạnh sẽ thay đổi lưu lượng trong hệ thống cho phù hợp với nhu cầu tải lạnh dựa vào tín hiệu chệnh áp của thiết bị đầu cuối.

       + Đường ống và van bypass: khi tải lạnh giảm quá thấp, lưu lượng nước qua airside giảm thấp dưới lưu lượng tối thiểu yêu cầu của Chiller, lúc này bơm cần duy trì lưu lượng tối thiếu cho Chiller và van bypass sẽ mở ra 1 phần để bypass lượng nước dư so với lưu lượng airside cần).

    - Ứng dụng:

       + Các dự án có tải biến động.

       + Dự án có công suất lạnh vừa và lớn, cần tiết kiệm năng lượng vận hành của bơm khi tải thay đổi để tối ưu năng lượng của hệ thống Chiller.

    - Nhược điểm:

       + Thiết kế & điều khiển phức tạp hơn hệ thống lưu lượng không đổi, chi phí đầu tư ban đầu cao.

    Như vậy chúng ta vừa tìm hiểu về các kiểu thiết kế mạch nước Chiller được sử dụng phổ biến hiện nay. Mong rằng bài viết mạng lại giá trị cho bạn. Nếu có bất kỳ thắc mắc hoặc ý kiến đóng góp về nội dung bài viết, anh/chị hãy để lại bình luận hoặc gửi mail về địa chỉ chillerlearner@gmail.com. Xin cảm ơn!

Thân chào và hẹn gặp lại ở chủ đề tiếp theo!

Chiller Learner.