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
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
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)
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)
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.
0 comments:
Đăng nhận xét