Nguyên lý hoạt động của hệ thống Chiller làm mát nước công nghiệp

Để nắm vững kiến thức về hệ thống Chiller làm mát nước công nghiệp, việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động của nó là điều tối quan trọng. Đây là phần giải thích cụ thể cách thiết bị này tạo ra nước lạnh và duy trì nhiệt độ ổn định cho các quy trình công nghiệp hoặc không gian lớn.

Hệ thống Chiller hoạt động dựa trên chu trình nhiệt động lực học, nơi môi chất lạnh (gas lạnh) liên tục thay đổi trạng thái để hấp thụ và giải phóng nhiệt.

1. Chu trình chuyển hóa trạng thái của môi chất lạnh

Nền tảng của hệ thống Chiller là sự chuyển hóa trạng thái của môi chất lạnh (thường gọi là gas lạnh). Quá trình này diễn ra liên tục, tạo nên chu trình hấp thụ và thải nhiệt.

• Từ lỏng sang khí và bay hơi (Quá trình thu nhiệt): Đây là giai đoạn chính mà Chiller thu nhiệt từ môi trường cần làm lạnh. Môi chất lạnh ở trạng thái lỏng sẽ hấp thụ nhiệt từ nước tải lạnh và bay hơi thành trạng thái khí. Quá trình này làm cho nhiệt độ của nước tải lạnh giảm xuống, đạt được mức yêu cầu để làm mát cho các ứng dụng công nghiệp hoặc điều hòa không khí. Hiểu đơn giản, gas lạnh lỏng "lấy đi" nhiệt từ nước, làm nước mất nhiệt và trở nên lạnh hơn.

• Từ khí sang lỏng (Quá trình tỏa nhiệt): Sau khi bay hơi và mang theo nhiệt lượng, môi chất lạnh ở trạng thái hơi áp suất thấp sẽ được máy nén nén lên thành hơi áp suất cao, nhiệt độ cao. Hơi gas nóng này sau đó đi qua dàn ngưng tụ, nơi nó sẽ được giải nhiệt (bằng nước giải nhiệt từ tháp giải nhiệt đối với chiller nước). Khi nhả nhiệt, hơi gas sẽ ngưng tụ hoàn toàn trở lại trạng thái lỏng, hoàn thành một phần của chu trình.

• Chu trình kín và điều chỉnh tự động: Toàn bộ quá trình chuyển hóa giữa trạng thái lỏng và hơi của môi chất lạnh là một chu trình kín. Sự điều chỉnh giữa hai trạng thái này được thực hiện thông qua van tiết lưu tự động, đảm bảo môi chất lạnh được cung cấp đúng lượng và đúng áp suất vào dàn bay hơi để quá trình hấp thụ nhiệt diễn ra hiệu quả nhất.

2. Các giai đoạn chính trong chu trình làm lạnh của Chiller

Giai đoạn 1: Bay hơi (Evaporation)

• Môi chất lạnh ở trạng thái lỏng, áp suất thấp, nhiệt độ thấp đi vào dàn bay hơi.

• Tại đây, môi chất lạnh sẽ hấp thụ nhiệt từ nước tải lạnh (nước mà chúng ta muốn làm mát). Khi hấp thụ nhiệt, môi chất lạnh sẽ chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi. Nước tải lạnh sau khi truyền nhiệt cho môi chất sẽ trở nên lạnh hơn, đạt nhiệt độ yêu cầu và được bơm đi đến các tải lạnh.

Giai đoạn 2: Nén  (Compression)

• Hơi môi chất lạnh sau khi bay hơi sẽ có áp suất thấp. Nó được hút vào máy nén.

• Máy nén có nhiệm vụ nén hơi môi chất lạnh lên áp suất cao và nhiệt độ cao. Đây là giai đoạn tiêu tốn năng lượng điện nhiều nhất của hệ thống.

Giai đoạn 3: Ngưng tụ (Condensation)

• Hơi môi chất lạnh ở áp suất cao, nhiệt độ cao từ máy nén sẽ đi vào dàn ngưng tụ.

• Tại dàn ngưng, hơi môi chất lạnh sẽ nhả nhiệt lượng đã hấp thụ ra cho nước giải nhiệt (được cung cấp từ tháp giải nhiệt). Khi nhả nhiệt, hơi môi chất lạnh sẽ ngưng tụ hoàn toàn trở lại trạng thái lỏng, nhưng vẫn ở áp suất cao.

Giai đoạn 4: Tiết lưu (Expansion)

• Môi chất lạnh ở trạng thái lỏng, áp suất cao từ dàn ngưng sẽ đi qua van tiết lưu (expansion valve).

• Van tiết lưu có nhiệm vụ giảm áp suất đột ngột của môi chất lạnh. Sự giảm áp suất này đồng thời làm giảm nhiệt độ của môi chất lạnh xuống rất thấp, đưa nó trở lại trạng thái sẵn sàng để bay hơi ở dàn bay hơi, hoàn thành một chu trình và bắt đầu chu trình mới.

​​​​​​​​​​​​​​

3. Tối ưu hóa hiệu suất Chiller công nghiệp

• Kiểm soát nhiệt độ nước tải và nước giải nhiệt: Duy trì nhiệt độ nước tải ở mức hợp lý (không quá thấp nếu không cần thiết) và đảm bảo nước giải nhiệt từ tháp luôn đủ mát sẽ giúp Chiller hoạt động hiệu quả nhất.

• Bảo trì máy nén: Máy nén là thành phần tiêu thụ điện năng lớn nhất. Việc bảo trì định kỳ, đảm bảo máy nén hoạt động ổn định và hiệu quả, không bị quá tải, là yếu tố then chốt để tiết kiệm chi phí điện.

• Vệ sinh dàn trao đổi nhiệt: Dàn bay hơi và dàn ngưng tụ cần được vệ sinh định kỳ để loại bỏ cặn bẩn, rong rêu. Bề mặt trao đổi nhiệt sạch sẽ giúp quá trình thu và nhả nhiệt diễn ra tối ưu, tránh lãng phí năng lượng.

• Kiểm soát lượng gas lạnh: Lượng gas lạnh trong hệ thống phải luôn đúng định mức. Thừa hoặc thiếu gas đều sẽ làm giảm hiệu suất làm lạnh và gây hại cho máy nén.

Nhờ sự vận hành chính xác và liên tục của chu trình này, hệ thống Chiller làm mát nước công nghiệp có khả năng cung cấp một lượng lớn nước lạnh ổn định, đáp ứng nhu cầu làm mát đa dạng trong các môi trường công nghiệp và thương mại quy mô lớn.