Hệ thống Chiller là gì?

Trong thế giới công nghiệp hiện đại, hệ thống chiller đã trở thành một phần không thể thiếu trong việc làm lạnh và điều hòa không khí. Với khả năng làm lạnh hiệu quả và đáng tin cậy, hệ thống chiller đã trở thành công nghệ vượt trội giúp duy trì sự thoải mái và hiệu suất trong nhiều lĩnh vực, từ ngành sản xuất đến hệ thống điều hòa không khí tòa nhà. Cùng chúng tôi tìm hiểu và khám phá về hệ thống này ở bài viết phía dưới các bạn nhé

Tìm hiều chung về hệ thống chiller

Chiller là gì?

Chiller hay còn gọi là máy làm lạnh(thiết bị tuần hoàn nước làm mát) là một thuật ngữ chung cho thiết bị kiểm soát nhiệt độ bằng cách luân chuyển chất lỏng như nước hoặc môi trường nhiệt dưới dạng chất lỏng làm mát có nhiệt độ được điều chỉnh theo chu kỳ chất làm lạnh. Ngoài việc duy trì nhiệt độ của các thiết bị công nghiệp và dụng cụ thí nghiệm, thiết bị và dụng cụ ở mức không đổi, nó còn được sử dụng để điều hòa không khí trong các tòa nhà và nhà máy. Nó được gọi là “máy làm lạnh” vì nó thường được sử dụng để làm mát.

Chiller có thể cung cấp nước lạnh liên tục trong khi nước tuần hoàn trong thiết bị làm mát. Nó được sử dụng rất nhiều như một thiết bị phù hợp để làm mát các bộ phận sinh nhiệt và thiết bị điều hòa không khí như thiết bị xử lý laser và thiết bị sưởi ấm tần số cao ở nhiệt độ không đổi, giải quyết các vấn đề làm mát khác nhau và có thể giảm chi phí vận hành đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.

Hệ thống chiller là gì?

Hệ thống chiller là một   hệ thống điều hòa không khí được sử dụng để làm lạnh hoặc làm nguội một không gian, một quá trình hoặc một thiết bị. Nó hoạt động bằng cách loại bỏ nhiệt độ cao khỏi một chất lỏng hoặc hơi lạnh, và truyền nhiệt cho môi trường xung quanh. Hệ thống này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, hệ thống điều hòa không khí tòa nhà, sản xuất công nghiệp và trong các thiết bị y tế như máy CT hoặc MRI.

Hệ thống chiller bao gồm các thành phần chính như compressor (máy nén), condenser (bộ tản nhiệt), expansion valve (van giảm áp) và evaporator (bộ bay hơi). Qua quá trình làm lạnh, chiller hấp thụ nhiệt từ không gian hoặc quá trình cần làm lạnh, tạo ra không khí hoặc chất lỏng lạnh để duy trì điều kiện nhiệt độ lý tưởng.

Hệ thống chiller được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm ngành sản xuất, quá trình công nghiệp, các trung tâm dữ liệu, nhà máy điện, hệ thống điều hòa không khí tòa nhà và nhiều ứng dụng khác. Với khả năng làm nguội hiệu quả và đáng tin cậy,nó  đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì môi trường làm việc thoải mái, gia tăng hiệu suất và đảm bảo sự ổn định của các quá trình công nghiệp.

Lịch sử của Chiller

• Thế kỷ 19: Đầu thế kỷ 19, các phương pháp làm lạnh ban đầu như sử dụng tuyết và băng đã được sử dụng trong các ứng dụng thương mại. Tuy nhiên, các phương pháp này không hiệu quả và không thể ứng dụng rộng rãi.
• Năm 1842: Dr. John Gorrie, một bác sĩ người Mỹ, được coi là người đầu tiên đề xuất và phát triển hệ thống làm lạnh bằng máy nén hơi. Ông sử dụng công nghệ máy nén hơi để làm lạnh không khí và điều hòa trong các bệnh viện ở Florida.
• Năm 1851: Hệ thống làm lạnh hơi đầu tiên dựa trên nguyên lý hấp thụ nước (vapor absorption refrigeration system) được phát triển bởi Dr. Ferdinand Carré. Hệ thống này sử dụng nước và khí amoniac để tạo ra sự làm lạnh.
• Năm 1902: Willis Carrier, được biết đến như “cha đẻ của điều hòa không khí”, phát minh ra hệ thống điều hòa không khí dựa trên nguyên lý làm lạnh bằng nước (water-based refrigeration system). Đây được coi là một bước tiến quan trọng trong công nghệ làm lạnh và điều hòa không khí.
• Đầu thế kỷ 20: Công nghệ làm lạnh và điều hòa không khí tiếp tục phát triển và trở nên phổ biến hơn trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng. Chiller trở thành một phần quan trọng trong các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí của tòa nhà, nhà máy, nhà xưởng và các ngành công nghiệp khác.
• Thời gian gần đây: Các công nghệ mới và cải tiến liên tục được áp dụng vào hệ thống chiller để tăng cường hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Công nghệ như chiller với hệ thống biến tần (variable frequency drive – VFD), hệ thống làm lạnh hấp thụ nước, hệ thống làm lạnh từ xa và sử dụng chất làm lạnh không gây hại cho môi trường đang ngày càng phổ biến và được áp dụng rộng rãi.

Cấu tạo chung của hệ thống chiller

Cấu tạo của hệ thống Chiller

Hệ thống Chiller gồm 4 máy chính: máy nén, thiết bị ngưng tụ, van tiết lưu, thiết bị bay hơi. Ngoài ra là một số thiết bị phụ khác. Hệ thống chiller sản xuất theo cụm không tách rời và phải đạt chuẩn ARI.

Việc phân loại hệ thống này dựa vào nhiều cách khác nhau: Dựa theo máy nén sử dụng là loại nào (ly tâm, xoắn ốc, piston, trục vít); theo thiết bị giải nhiệt gió; theo thiết bị giải nhiệt nước; loại thiết bị hồi nhiệt,…

• Compressor (Máy nén): Compressor là thành phần chính trong hệ thống chiller. Nó nén và tăng áp suất của chất làm lạnh, chuyển đổi chất làm lạnh từ dạng hơi sang dạng lỏng để chuẩn bị cho quá trình làm lạnh tiếp theo.
• Condenser (Bộ tản nhiệt): Condenser là nơi chất làm lạnh từ dạng hơi chuyển sang dạng lỏng. Nó hoạt động bằng cách tản nhiệt và truyền nhiệt từ chất làm lạnh tới môi trường xung quanh (thông qua không khí hoặc nước) để làm mát chất làm lạnh và chuyển đổi thành dạng lỏng.
• Expansion Valve (Van giảm áp): Expansion valve là bộ phận giảm áp suất và điều chỉnh lưu lượng của chất làm lạnh từ condenser sang evaporator. Khi chất làm lạnh đi qua expansion valve, áp suất và nhiệt độ của nó giảm đột ngột, cho phép chất làm lạnh bay hơi và tiếp tục quá trình làm lạnh.
• Evaporator (Bộ bay hơi): Evaporator là nơi chất làm lạnh bay hơi và hấp thụ nhiệt từ không gian hoặc quá trình cần làm lạnh. Khi chất làm lạnh bay hơi, nó lấy nhiệt độ từ không gian xung quanh, làm mát không khí hoặc chất lỏng cần làm lạnh. Chất làm lạnh sau đó trở lại compressor để bắt đầu chu kỳ làm lạnh mới.

Đây là các thành phần chính quan trọng của hệ thống chiller, ngoài ra còn có thêm các thành phần khác tùy vào thiết kế. Thực tế là hệ thống chiller thường được kết hợp với các thành phần khác như AHU (Air Handling Unit), FCU (Fan Coil Unit), cụm nước trung tâm…để tạo thành hệ thống làm lạnh toàn diện trong các tòa nhà và hệ thống HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) công nghiệp.

• AHU (Air Handling Unit): AHU là một thành phần quan trọng trong hệ thống HVAC. Nó làm nhiệm vụ xử lý không khí bên ngoài, lọc, làm mát hoặc làm ấm, và đẩy không khí đã được xử lý qua hệ thống ống gió đến các không gian trong tòa nhà. Trong hệ thống làm lạnh, AHU thường được kết nối với hệ thống chiller để nhận không khí đã được làm lạnh từ chiller và phân phối vào các khu vực cần làm mát.
• Fan Coil Unit (FCU): FCU là một hệ thống nằm trong các không gian bên trong tòa nhà và có chức năng làm lạnh hoặc làm ấm không khí trong không gian đó. FCU được kết nối với hệ thống chiller để nhận không khí đã được làm lạnh và tạo luồng không khí mát để thổi vào các phòng hoặc văn phòng.
• Cụm nước làm mát(Cooling Tower): Là một hệ thống phức tạp bao gồm nhiều hệ thống chiller hoạt động song song để cung cấp nước lạnh cho các tòa nhà lớn hoặc hệ thống công nghiệp. Cooling tower được sử dụng để tản nhiệt bằng cách chuyển đổi nước nóng từ hệ thống chiller thành hơi nước thông qua quá trình làm mát bằng hơi nước. Sự kết hợp giữa hệ thống chiller và cooling tower cho phép tản nhiệt và tái sử dụng nước, đồng thời đảm bảo rằng chất làm lạnh trong hệ thống chiller luôn ở nhiệt độ thích hợp và đủ để cung cấp làm mát cho các quy trình công nghiệp và không gian trong tòa nhà.
• Các loại van và hệ thống đường ống: Phổ biến nhất là các dòng van gió, van điều khiển(Control Valve: Van điều khiển bằng điện, van điều khiển bằng khí nén) Có tác dụng đóng mở điều tiết dòng chảy của các hệ thống nước, hệ thống thông gió…Ngoài ra còn có hệ thống đường ống luân chuyển nước, hơi lạnh, khí gas

Nguyên lý làm việc của hệ thống chiller

Hệ thống chiller hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi nhiệt độ bằng cách sử dụng chất làm lạnh để tạo ra không khí hoặc chất lỏng lạnh để làm mát một không gian hoặc quá trình cần làm lạnh. Hệ thống chiller hoạt động bằng cách lặp lại quá trình nén, tản nhiệt, giãn nở và hấp thụ nhiệt để chuyển đổi nhiệt năng từ môi trường không mong muốn sang môi trường cần làm lạnh. Quá trình này đảm bảo cung cấp nhiệt lạnh hiệu quả và đáng tin cậy cho các ứng dụng công nghiệp và không gian làm mát.

Nguyên lý làm việc của hệ thống chiller có các bước chính sau:

1. Nén chất làm lạnh: Máy nén trong hệ thống chiller nén chất làm lạnh (như hỗn hợp khí, chất lỏng hoặc chất lỏng lạnh) và tăng áp suất của nó. Khi chất làm lạnh bị nén, nhiệt độ của nó tăng lên.
2. Tản nhiệt chất làm lạnh: Chất làm lạnh có nhiệt độ cao sau khi bị nén được đưa vào condenser (bộ tản nhiệt). Trong condenser, chất làm lạnh truyền nhiệt cho môi trường xung quanh (thông qua không khí hoặc nước) và giảm nhiệt độ xuống. Quá trình này chuyển đổi chất làm lạnh từ dạng hơi sang dạng lỏng.
3. Giãn nở chất làm lạnh: Sau khi đi qua condenser, chất làm lạnh dạng lỏng chuyển sang evaporator (bộ bay hơi). Trong evaporator, chất làm lạnh trải qua quá trình giãn nở thông qua expansion valve (van giảm áp). Khi áp suất giảm đột ngột, chất làm lạnh giãn nở và chuyển sang dạng hơi.
4. Hấp thụ nhiệt: Trong evaporator, chất làm lạnh dạng hơi hấp thụ nhiệt từ không gian hoặc quá trình cần làm lạnh. Nhiệt độ của không khí hoặc chất lỏng cần làm lạnh giảm xuống khi nhiệt độ của chất làm lạnh tăng lên. Quá trình này tạo ra không khí hoặc chất lỏng lạnh để làm mát không gian hoặc quá trình đó.
5. Lặp lại quá trình: Chất làm lạnh dạng hơi từ evaporator được đưa trở lại máy nén, và quá trình trên được lặp lại để tiếp tục làm lạnh không gian hoặc quá trình cần làm lạnh.

Ứng dụng của hệ thống chiller

• Làm mát trong công nghiệp: Hệ thống chiller được sử dụng để làm mát các quá trình sản xuất và máy móc trong các ngành công nghiệp như sản xuất điện, chế biến thực phẩm, hóa chất, dệt may, nhựa, và điện tử. Nó giúp duy trì nhiệt độ ổn định và đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị và quy trình sản xuất.
• Trong các tòa nhà thương mại, tòa nhà văn phòng, khách sạn, bệnh viện, trung tâm mua sắm và các khu vực công cộng, hệ thống chiller được sử dụng để làm mát không gian bằng cách cung cấp nhiệt lạnh cho các hệ thống điều hòa không khí (AHU) và đơn vị cuối (FCU).
• Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, hệ thống chiller được sử dụng để làm lạnh các máy phát điện và hệ thống làm mát của chúng. Điều này giúp tăng hiệu suất hoạt động và đảm bảo nhiệt độ an toàn cho các thiết bị quan trọng.
•  Hệ thống chiller được sử dụng để làm mát trong quá trình công nghiệp như gia công kim loại, chế tạo nhựa, luyện kim, sơn phủ, và sản xuất thực phẩm và đồ uống. Nó giúp kiểm soát nhiệt độ và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
• Trong các tòa nhà cao tầng, hệ thống chiller được sử dụng để cung cấp nhiệt lạnh cho hệ thống điều hòa không khí tòa nhà. Nó giúp duy trì môi trường thoải mái và chất lượng không khí cho cư dân và nhân viên trong tòa nhà.
• Trong ngành công nghiệp đá, hệ thống chiller được sử dụng để làm lạnh nước và tạo ra đá đáp ứng nhu cầu của các ngành như ngành đóng tàu, ngành luyện thép, và ngành xây dựng.

Các loại van công nghiệp sử dụng trong hệ thống chiller

Van cân bằng

Kể đến đầu tiên có thể nói là van cân bằng(Balancing Valve) là một loại van được sử dụng để điều chỉnh và cân bằng luồng chất lỏng trong hệ thống. Chức năng chính của van cân bằng là đảm bảo sự phân phối đồng đều của chất lỏng qua các vị trí hoặc các thiết bị khác nhau trong hệ thống chiller.

Van cân bằng thường được đặt trên các đường ống chính hoặc các nhánh phụ trong hệ thống chiller. Nó cho phép điều chỉnh lưu lượng chất lỏng đi qua từng phần của hệ thống để đảm bảo áp suất và luồng chất lỏng đồng đều. Việc cân bằng lưu lượng chất lỏng trong hệ thống đường ống và rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Các loại van cơ trong hệ thống chiller

• Van bướm (Butterfly Valve): Van bướm có cấu trúc đơn giản gồm một đĩa xoay trên trục giữa đường ống. Khi đĩa xoay nằm ngang, luồng chất lỏng có thể thông qua ống một cách tự do. Khi đĩa xoay nằm dọc, nó khóa luồng chất lỏng hoặc giới hạn lưu lượng. Van bướm thường được sử dụng để điều chỉnh luồng chất lỏng lớn trong hệ thống chiller.
• Van cổng (Gate Valve): Van cổng có thiết kế đơn giản với một tấm van di chuyển lên xuống theo hướng dọc. Khi tấm van nằm ngang, luồng chất lỏng có thể thông qua ống. Khi tấm van nằm dọc, nó ngăn chặn luồng chất lỏng. Van cổng thường được sử dụng như van ngắt dòng chất lỏng trong hệ thống chiller.
• Van bi (Ball Valve): Van bi sử dụng một viên bi xoay trên trục giữa ống. Khi viên bi xoay ngang, luồng chất lỏng được thông qua. Khi viên bi xoay dọc, nó ngăn chặn luồng chất lỏng. Van bi thường được sử dụng để điều chỉnh luồng chất lỏng trong hệ thống chiller.
• Van một chiều (Check Valve): Van một chiều chỉ cho phép luồng chất lỏng đi qua một chiều duy nhất. Nó ngăn chặn luồng chất lỏng chảy ngược trở lại. Van một chiều được sử dụng để ngăn chặn sự tràn ngập ngược và đảm bảo luồng chất lỏng chỉ di chuyển theo hướng mong muốn trong hệ thống chiller. Thường được sử dụng trong hệ thống bơm nước làm mát

Van điều khiển điện trong hệ thống chiller

Tiếp đến là một loại van được ưu chuộng và sử dụng rất nhiều trong hệ thống chiller và HVAC. Trong hệ thống chiller, van điều khiển điện (Electric Control Valve) là một loại van được điều khiển bằng tín hiệu điện để điều chỉnh luồng chất lỏng hoặc chất khí trong hệ thống. Van này thường được kết hợp với các bộ điều khiển tự động để đạt được mức độ điều khiển chính xác và tự động hóa quá trình làm mát.

Van điều khiển điện thường có cấu trúc bao gồm một cơ cấu điện tử và một van cơ học. Thường sử dụng nhiều nhất là van bi điều khiển điện và van bướm điều khiển điện. Cơ cấu điện tử bao gồm motor hoặc servo motor và các thiết bị điện tử điều khiển. Khi nhận được tín hiệu điện từ bộ điều khiển, van mở hoặc đóng để điều chỉnh lưu lượng chất lỏng hoặc chất khí.

Van điều khiển điện được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng chất lỏng hoặc chất khí trong các phần của hệ thống chiller như đường ống chính, đường ống phụ, hoặc các thiết bị như evaporator, condenser. Nó có thể điều chỉnh lưu lượng chất lỏng dựa trên các thông số điều khiển như nhiệt độ, áp suất, hay độ ẩm để đảm bảo hiệu suất và hoạt động ổn định của hệ thống chiller.

Ưu điểm của van điều khiển điện bao gồm khả năng điều khiển chính xác, linh hoạt trong việc lập trình và tích hợp với hệ thống điều khiển tự động, khả năng điều chỉnh nhanh và đáng tin cậy. Tuy nhiên, cần chú ý đảm bảo việc lựa chọn và vận hành đúng loại van điều khiển điện phù hợp với yêu cầu và đặc điểm của hệ thống chiller để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy của nó.

Hệ thống van lọc Y trong chiller

Đối với hệ thống chiller giải nhiệt bằng nước, trong thiết kế thường đi kèm bộ lọc y. Chức năng chính của van lọc Y chính là lọc bỏ các loại cặn, rác có lẫn trong nước cấp vào hệ thống. Đảm bảo dòng chảy đi qua lọc là sạch nhất. Nó giúp bảo vệ đường ống và các van khác cũng như thiết bị trong hệ thống chiller này

Các loại khớp nối chống rung

Hệ thống chiller thường sử dụng các loại máy bơm nước trong đường ống. Bất kể máy bơm công nghiệp nào trong thiết kế cũng cần có các loại giảm chấn(Tên gọi khác của khớp nối chống rung)

Nó được sử dụng với mục đích giảm rung lắc cho hệ thống đường ống cũng như giảm đi khả năng giãn nở về nhiệt của đường ống trong hệ thống này

Như vậy là chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về hệ thống chiller là gì? Cấu tạo chung của hệ thống này bao gồm những thành phần nào. Cùng với đó chúng tôi cũng đã giới thiệu cho bạn đọc hiểu và biết được một số loại van thông dụng và phổ biến được sử dụng trong hệ thống chiller hiện nay

Cảm ơn các bạn đã quan tâm và theo dõi bài viết, hẹn gặp lại ở các bài viết sau!