Báo cáo: Hệ thống Water Chiller

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰCBỘ MÔN NHIỆT – ĐIỆN LẠNH Báo cáo :HỆ THỐNG WATER CHILLER GVHD : TS. HOÀNG AN QUỐC NHÓM : 1Nhóm thực hiện: 1. Lương Huệ Châu 09113003 2. Lê Trung Tân 09113035 3. Ngô Minh Tân 09113036 4. Hoàng Tiến Thành 09113038 5. Nguyễn Đức Thành 09113039 6. Đỗ Minh Thông 09113042 7.Võ Minh Tính 09113045 8.Kiều Trang 09113049 MỤC LỤC Giới thiệu chung Tổng quan về điều hòa không khí Phân loại hệ thống điều hòa không khí Hệ thống water chiller Sơ đồ thực tế hệ thống water chiller Kết luận Gới thiệu chung Từ khi hình thành và phát triển con ngươi luôn cải tạo tự nhiên để phục vụ cho nhu cầu sống của mình. Khi đạt được nhu cầu này thì con người lại phát sinh những nhu cầu mới cao hơn. Nếu nhử ban đầu con người chỉ cần lửa để sưởi ấm thì ngày nay con người cần một môi trường ấm áp vào mùa đông nhưng lại mát mẻ về mùa hè. Không chỉ có nhu cầu về nhiệt độ mà độ ẩm, độ ồn, độ sạch của không khí củng được quan tâm. Để đạt được những nhu cầu đó thì hàng loạt phương pháp được đưa ra. Những phương pháp này có thể khác nhau hoàn toàn hay giống nhau ở một số vấn đề nhưng đều được gọi chung là điều hòa không khí. Tổng quan về điều hòa không khí Điều hòa không khí là gì? Điều hòa không khí là kỹ thuật tạo ra và duy trì điều kiện vi khí hậu thích hợp với con người và quá trình sản xuất. Hay nói cách khác điều hòa không khí là nhằm kiểm soát chặt chẽ các thông số sau: - Nhiệt độ(t) - Độ ẩm ( ) - Nồng đọ các chất độc hại ( ) - Độ ồn (dB) - Vận tốc ( ) Làm thế nào kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ các chất độc hại, độ ồn, vận tốc ? Để kiểm soát tất cả các thông số trên người ta đã tạo ra một hệ thống gọi là hệ thống điều hòa không khí. Với mỗi yêu cầu khác nhau hệ thống điều hòa sẽ có sự khác biệt. Dựa vào sự khác biệt đó người ta phân hệ thống điều hòa không khí thành các loại: - Hệ thống điều hòa không khí cục bộ(split air conditionner) - Hệ thống không khí trung tâm làm lạnh nước(water cooled water chiller) - Hệ thống điều hòa không khí trung tâm kiểu VRV sử dụng biến tần(variable Refrigeration Volume) 1. Hệ thống điều hòa không khí cục bộ: Gồm 2 khối chính: Dàn nóng(outdoor) Dàn lạnh(indoor) Ưu điểm: - Là loại máy nhỏ(dân dụng) công suất từ 9000…96000Btu/h - Lắp đặt nhanh, dễ sử dụng - Bảo dưỡng, sửa chữa đơn giản và độc lập từng máy Nhược điểm: - Khi lắp đặt làm phá hủy kết cấu kiến trúc ngôi nhà - Do indoor và outdoor nối nhau bằng ống gas nên nếu có rò rỉ gas sẽ gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người và môi trường. - Do gió tươi được cấp trực tiếp bằng quạt gió mà không qua xử lý nhiệt ẩm và sự chênh lệch nhiệt độ giữa khí tươi và khí lạnh từ indoor nên gây cảm giác khó chịu cho con người - Khả năng bố trí các indoor trong phòng để đảm bảo độ khuếch tán đồng đều bị hạn chế - Hiệu suất hệ thống bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ bên ngoài - Độ bền và tuổi thọ không cao(khoảng 5-6 năm) 2. Hệ thống điều hòa không khí trung tâm Hệ thống này gồm một hay nhiều máy trung tâm phối hợp thành một hệ thống tổng thể phân phối lạnh cho toàn bộ các khu vực trong tòa nhà. Hệ thống điều hòa trung tâm sử dụng nước làm môi chất tải lạnh thông qua hệ thống đường ống dẫn nước vào các dàn trao đổi nhiệt để làm lạnh không khí. Hệ thống máy lạnh trung tâm gồm các phần chính: a) Máy lạnh trung tâm (chiller): là thiết bị sản xuất ra nước lạnh qua hệ thống đường ống dẫn cung cấp cho các dàn trao đổi nhiệt lắp đặt trong các không gian điều hòa để làm lạnh không khí. b) Các dàn trao đổi nhiệt: c) Tháp giải nhiệt và bơm nước bơm nước Tháp giải nhiệt d) Hệ thống đường ống và bơm nước cấp lạnh e) Hệ thống đường ống phân phối không khí lạnh f) Hệ thống điện điều khiển Đặc điểm của hệ thống: - Lắp đặt thuận tiện, không làm phá hủy kết cấu công trình - Phân phối không khí lạnh đồng đều - Không khí tươi được hòa trộn với không khí hồi về không gây cảm giác khó chịu cho người sử dụng - Do giải nhiệt bằng nước nên hệ thống hoạt động ổn định và không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ bên ngoài - Dải công suất rộng, phù hợp với mỗi công trình và mở rộng hệ thống dễ dàng - Tiết kiệm điện năng, độ bền và tuổi thọ cao 3. Điều hòa không khí biến tầng (VRV) Hệ thống này được tạo bởi một hoặc nhiều hệ thống nhỏ hơn, mỗi hệ thống nhỏ gồm 1 dàn nóng nối với nhiều dàn lạnh thông qua hệ thống ống gas và hệ thống điều khiển. Đặc điểm của hệ thống: - Tiết kiệm điện năng do hệ thống có khả năng điều chỉnh dải công suất lớn(10%-100%) - Mức hiện đại hóa, tiện nghi, tính linh động cao. Vừa có khả năng điều khiển cục bộ vừa có khả năng điều khiển trung tâm - Thiết bị gọn nhẹ, độ tin cậy và hiệu quả cao, chi phí vận hành tương đối thấp - Lắp đặt đơn giản, không phá vỡ cấu trúc công trình - Chi phí đầu tư ban đầu cao Mỗi hệ thống đều có những ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng khác nhau. Để tìm hiểu kỹ hơn về hệ thống điều hòa không khí nhóm xin trình bày sâu hơn về hệ thống điều hòa không khí water chiller Hệ thống điều hòa không khí water chiller Hệ thống điều hòa không khí water chiller là hệ thống điều hòa không khí trung tâm có môi chất tải lạnh là nước. Nước được làm lạnh ở cụm chiller sau đó qua các hệ thống đường ống tới các AHU hoặc FCU nhận nhiệt và làm lạnh không khí cần điều hòa. Sơ đồ nguyên lý hệ thống water chiller Các thiết bị chính của hệ thống water chiller Cụm chiller Cụm máy lạnh chiller là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống water chiller. Nó được đặt ở tầng mái hay trong phòng kỹ thuật của tầng hầm. Cụm chiller sử dụng để làm lạnh nước( môi chất tải lạnh) tới khoảng 7oC. Cụm chiller gồm các thiết bị sau: a) Máy nén:thường sử dụng các loại như - Máy nén piston: sử dụng cho loại chiller có công suất nhỏ hơn 200tons. Tuy nhiên hiện nay máy nén loại này ít được sử dụng cho hệ thống chiller do các đặt điểm của máy nén piston là có không gian chết, độ ồn cao, hiệu suất kém, khó điều chỉnh năng suất lạnh theo yêu cầu. - Máy nén xoắn ốc: dùng cho dải công suất nhỏ hơn 200tons. Loại này có hiệu suất cao hơn, có ít chi tiết hơn và hoạt động êm hơn loại máy nén piston. - Máy nén trục vít: Thông thường dải công suất rộng từ 50RT đến 1100 RT. Máy nén trục vít giữ hơi gas trên rãnh trục vít sau đó nén chúng lại bằng cách giảm thể tích ga lạnh đi. Gas lạnh đi vào buồng nén thông qua ngõ hút gas ở phía trên buồng nén. Ưu điểm: - Ít chi tiết chuyển động, hoạt động êm, tuổi thọ cao. - Có khả năng điều chỉnh tải vô cấp thông qua van trượt. - Công suất tiêu thụ điện nhỏ hơn nhiều so với Chiller sử dụng máy nén Piston. Có 2 loại chính là trục vít nằm ngang và loại thẳng đứng.Thực tế loại này được sử dụng cho những công trình nhỏ và vừa,khoảng dưới 600RT. Máy nén ly tâm: Công suất từ 550RT tới 3000RT,đặc biệt thích hợp cho những công trình lớn. Ưu điểm: hiệu suất và độ tin cậy cao.Tuy nhiên kích thước lớn do vấn đề hồi dầu máy nén ly tâm.Bình bốc hơi thường là dạng ống vỏ ngập lỏng bởi vì kích thước nhỏ gọn và đặc tính truyền nhiệt cao. b) Thiết bị ngưng tụ: Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ ngưng tụ gas quá nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnh trạng thái lỏng. Quá trình làm việc của thiết bị ngưng tụ có quyết định đến áp suất và nhiệt độ do đó ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn làm việc của toàn hệ thống. Khi thiết bị ngưng tụ làm việc không hiệu quả các thông số của hệ thống sẽ thay đổi theo chiều hướng không tốt, cụ thể là: Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tổn thất tiết lưu tăng Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng Công nén tăng, moto có thể quá tải Độ an toàn giảm do áp suất phía cao áp tăng relay cao áp có thể ngắt máy nén, van an toàn có thể hoạt động Nhiệt độ cao ảnh hưởng xấu đến dầu bôi trơn Loại chiller giải nhiệt bằng không khí : không sử dụng tháp giải nhiệt mà trao đổi nhiệt trực tiếp từ gas nóng áp suất cao với không khí. Loại này hiệu suất lạnh kém hơn rất nhiều so với loại chiller giải nhiệt nước (hiệu suất gấp 1,5 lần so với chiller gió). Nhưng do một số điều kiện đặc biệt người ta vẫn dùng hệ chiller giải nhiệt bằng không khí Về cấu tạo chỉ khác chiller giải nhiệt bằng nước là không sử dụng bình ngưng ống chùm mà là dàn ống đồng cánh nhôm. Tại sao lại là ống đồng cánh nhôm, có một số giả thuyết :- Đồng truyền nhiệt tốt hơn nhôm, nhưng tản nhiệt vào không khí lại kém- Đồng giá cao và nặng hơn nhôm nên không kinh tế bằng nhôm- Đồng dẩn nhiệt qua cánh tản nhiệt đồng thì nhiệt trên cánh tản nhiệt đồng sẻ cao, khi đặt trong xưởng sẻ dể gây ra nguy cơ cháy nổ.- Ống đồng cánh nhôm sẻ tạo ra lượng nhiệt không điều trên toàn bộ dàn coil từ đó dẩn đến sự đối lưu tốt hơn cho toàn bộ dàn coil.   Thường dùng loại quạt hút để giải nhiệt cho dàn nóng (giải nhiệt dùng quạt hút sẻ hiệu quả hơn, thu nhiệt từ xung quanh sẻ dùng quạt thổi), có các loại quạt thổi ngang công suất nhỏ, thổi nghiêng công suất lớn hơn và thổi trên công suất lớn nhất. thổi ngang là tốt nhất do ít chịu tác động của cột áp, nhưng thổi ngang thì sẻ ảnh hưởng đến môi trường xung quanh do vậy chỉ sử dụng công suất nhỏ. Loại chiller giải nhiệt bằng nước: dùng nước để giải nhiệt cho gas nóng. Loại này thiết bị bay hơi có dạng bình, có hai loại bình ngưng đó là bình ngưng ống vỏ nằm ngang và bình ngưng ống vỏ thẳng đứng Bình ngưng ống vỏ nằm ngang Môi chất lạnh có thể sử dụng là amoniac hay freon. Với môi chất là amoniac các ống trao đổi nhiệt là ống thép áp lực, với môi chất freon các ống trao đổi nhiệt là ống đồng có cánh về phía môi chất lạnh. Cấu tạo:bình ngưng có thân hình trụ nằm ngang làm từ thép CT3, bên trong là các ống trao đổi nhiệt. Các ống trao đổi nhiệt có độ dày khs lớn và được hàn kín hoặc núc lên hai mặt sàng hai đầu. Hai đầu thân bình là các nắp bình. Hai nắp bình tạo thành vách phân nước thành nhiều dòng để nước tuần hoàn nhiều lần trong bình ngưng. Nguyên lý làm việc: gas từ máy nén được đưa vào bình từ 2 nhánh ở hai đầu và bao phủ lên không gian giữa các ống trao đổi nhiệt và thân bình. Bên trong bình gas quá nhiệt trao đổi nhiệt với nước lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt và ngưng tụ lại thành lỏng. Ưu nhược điểm: - hiệu quả trao đổi nhiệt cao, khá ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. - cấu tạo chắc chắn, nhỏ gọn, dễ chế tạo, lắp đặt, vệ sinh bảo dưỡng. - ít hư hỏng, tuổi thọ cao - không sử dụng với hệ thống lớn - nhanh bám bẩn, phải thường xuyên vệ sinh - khi sử dụng bình ngưng phải có thêm hệ thống nước giải nhiệt làm tăng chí phí đầu tư ban đầu. Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: để tiết kiệm diện tích lắp đặt người ta sử dụng bình ngưng ống vỏ thẳng đứng. Cấu tạo tương tự như bình ngưng ống vỏ nằm ngang, gồm có: vỏ bình hình trụ, bên trong là các ống trao đổi nhiệt được hàn hoặc núc vào hai mặt sàng ở hai đầu bình. Nước giải nhiệt chảy từ trên xuống. Hơi quá nhiệt sau máy nén đi vào bình từ phía trên, trao đổi nhiệt với nước ngưng lại thành lỏng và chảy xuống phía dưới của bình. Ưu nhược điểm: - Hiệu quả trao đổi nhiệt lớn - Tiết kiệm không gian lắp đặt, thích hợp cho hệ thống vừa và lớn. - ít bám bẩn, dễ hồi dầu về máy nén. - Vận chuyển, lắp đặt, chế tạo, vận hành tương đối phức tạp. - Lượng nước tiêu hao lớn. c) Bình bay hơi: Thiết bị bay hơi là thiết bị chính và quan trọng trong hệ thống lạnh, dùng để làm lạnh chất tải lạnh (nước hay dung dịch NaCl,…) và làm bay hơi môi chất lạnh ( R143a, R410a,…) giúp môi chất lạnh từ trạng thái khác (lỏng hoặc bảo hòa ẩm)  chuyển thành hơi trước khi vào máy nén. Trong thiết bị bay hơi có sự trao đổi nhiệt giữa tác nhân lỏng và chất tải lạnh từ dàn lạnh (FCU hay AHU) trở về. Kết quả của sự truyền nhiệt là môi nhân lạnh được chuyển thành hơi còn chất tải lạnh bị làm lạnh xuống nhiệt độ cần thiết. Thông thường chất tải lạnh chạy trong dàn ống còn môi chất lạnh thì ở bên ngoài, nhưng cũng có loại môi chất lạnh trong ống còn chất tải lạnh lại nằm bên ngoài ống. Phân loại. Theo cách phân loại về mức độ choán chỗ của môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi mà được chia làm 3 loại sau: -    Thiết bị bay hơi kiểu ngập lỏng. -    Thiết bị bay hơi kiểu ngập nữa lỏng. -    Thiết bị bay hơi kiểu trực tiếp. 1. Thiết bị bay hơi kiểu ngập lỏng: -    Môi chất lạnh dạng lỏng bao phủ toàn bộ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt. -    Môi chất lạnh dạng lỏng được cấp vào từ phía dưới. -    Với loại này, chất tải lạnh chuyển động trong ống, còn môi chất lạnh dạng lỏng chuyển động ngoài ống. -    Hệ số truyền nhiệt cao. 2.    Thiết bị bay hơi kiểu ngập nữa lỏng: -    Môi chất lạnh chỉ bao phủ một bề mặt của thiết bị trao đổi nhiệt, phần còn lại của bề mặt trao đổi nhiệt dùng để quá trình nhiệt hơi hút về máy nén. -    Ở loại này môi chất lạnh dạng lỏng được cấp từ phía trên của thiết bị bay hơi và chuyển động bên ngoài ống, còn chất tải nhiệt thì chuyển động bên trong ống. -    Loại này có hệ số truyền nhiệt cao. 3.    Thiết bị bay hơi kiểu trực tiếp: -    Môi chất lạnh dạng lỏng chuyển động trong ống, còn chất tải lạnh chuyển động phía ngoài ống. -    Tổn thất áp suất về phía đường nước nhỏ. -    Lượng tác nhân lạnh nạp vào cho hệ thống tương đối ít. -    Hệ số truyền nhiệt không cao. d) Van tiết lưu: Môi chất lạnh sau khi ra khỏi bình ngưng sẽ qua van tiết lưu, sau khi qua van tiết lưu áp suất và nhiệt độ của môi chất sẽ giảm xuống trước khi vào thiết bị bay hơi. Có hai loại van tiết lưu chính là van tiết lưu cân bằn trong và van tiết lưu cân bằng ngoài. Van tiết lưu cân bằng ngoài hoạt động hiệu quả hơn van tiết lưu cân bằng trong. Van tiết lưu cân bằng trong Van tiết lưu cân bằng ngoài So sánh van tiết lưu cân bằng trong và cân bằng ngoài Định nghĩa: Tháp giải nhiệt là một thiết bị được sử dụng để giảm nhiệt độ của dòng nước bằng cách trích nhiệt từ nước và thải ra khí quyển. Tháp giải nhiệt tận dụng sự bay hơi nhờ đó nước được bay hơi vào không khí và thải ra khí quyển. Sơ đồ 2) Tháp giải nhiệt Công dụng: Nước làm mát được sử dụng để giải nhiệt cho bình ngưng. Ví dụ như: thiết bị điều hoà không khí, các quá trình sản xuất hoặc phát điện. Phân loại theo nhiệt độ nước vào và ra khỏi tháp Phân loại theo dòng không khí chuyển động trong tháp Tháp đối lưu tự nhiên Tháp đối lưu cưỡng bức Tháp dùng quạt Tháp giải nhiệt tự nhiên 3) Hệ thống ống nước lạnh Đặt điểm của hệ thống water chiller là sử dụng nước làm môi chất tải lạnh. Sau khi được làm lạnh ở bình bay hơi sẽ qua hệ thống ống dẫn tới các FCU hay AHU trao đổi nhiệt với không khí cần điều hòa. Hệ thống ống nước lạnh thường được làm bằng ống nhựa hoặc ống thép, bên ngoài có bọc cách nhiệt. có 3 loại đường ống: - Loại 4 đường ống: sử dụng để cấp nước lạnh làm mát và nước nóng để sưởi ấm. - Loại hai đường ống: dùng để cấp nước lạnh và khi cần có thể lắp thêm hệ thống gia nhiệt nước dùng sưởi ấm. - Loại hồi trực tiếp và hồi ngược: do trở lực các nhánh của hệ thống ống hồi trực tiếp không đồng đều nên ta sử dụng hệ thống hồi ngược. 4) Dàn lạnh a) FCU (fan coil unit): là dàn trao đổi nhiệt ống đồng cánh nhôm và quạt gió. Nước lạnh chuyển động trong ống,không khí thổi ngang qua trao đổi nhiệt ẩm sau đó đi qua ống gió hay thổi trực tiếp vào phòng. b) AHU (Air Handing Unit): Có cấu tạo như FCU nhưng có kích thước lớn hơn để lắp đặt các thiết bị xử lý không khí khác như bộ gia ẩm, bộ gia nhiệt,… AHU có hai loại đặt ngang và loại đặt đứng. 5) Hệ thống ống dẫn gió Hệ thống ống dẫn gió được làm từ tôn tráng kẽm, có các loại hệ thống ống gió là ống gió cấp, ống gió hồi, ống gió tươi, mỗi ống gió có đặt điểm khác nhau. 6) Bơm nước Bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt được chọn theo lưu lượng và cột áp. 7) Bình giãn nở Nhiệm vụ: - Ngăn chặn những ảnh hưởng khi nước thay đổi thể tích khi nhiệt độ thay đổi. - Tạo ra một lượng nước dự trữ bổ xung khi nước bị rò rỉ Bình giãn nở có hai loại: - Bình giãn nở hở - Bình giãn nở kín - Bình giãn nở hở: Được đặt ở vị trí cao nhất trên đường ống hồi về. Có lượng nước bằng 6% lượng nước trong toàn hệ thống. Trên nắp thông với khí quyể, đường nước cấp bổ xung đóng mở nhờ van phao. Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền nhưng do tiếp xúc trục tiếp với khí trời nên nước hấp thụ nhiều oxy gây ăn mòn đường ống. - Bình giãn nở kín: bình không thông với khí quyển, thể tích bình cũng bằng 6% thể tích nước của toàn bộ hệ thống. Phía trên mặt nước là một loại khí nào đó. Khi nhiệt độ tăng, nước giãn nở làm tăng áp suất trong bình và ngược lại. Vì là bình kín nên phải lắp áp kế để theo dõi áp suất. Do bình kín nên oxy hòa tan trong nước ít làm giảm sự ăn mòn hệ thống tuy nhiên cấu tạo khá phức tạp 8) Hệ thống điện điều khiển Mạch động lực Mạch điều khiển Tủ điện điều khiển Nguyên lý hoạt động Sơ đồ thực tế Mời các bạn xem file CAD Kết luận Hệ thống này với công suất lớn vì thế có thể làm lạnh được một diện tích lớn như siêu thị hoặc là các nhà xưởng Hệ thống là điều khiển trung tâm nên dễ dang điều khiển hệ thống từ một phong trung tâmNhược điểm: Chi phí giá thành caoHệ thống máy lớn lên phải đặt hẳn riêng ra một phòng điều khiển riêngSửa chữa rất phức tạp vì hệ thống cần yêu cầu kĩ thuật cao.Không thể điều khiển linh động được nhiệt độ làm lạnh