Phân biệt Chiller giải nhiệt bằng gió và tháp giải nhiệt nước

1. Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống Chiller

Hệ thống Chiller có chức năng chính là tạo ra nước lạnh (thường khoảng 8°C). Dòng nước lạnh này sau đó sẽ được máy bơm đẩy qua các đường ống để đi đến các dàn trao đổi nhiệt đặt bên trong không gian cần làm mát, ví dụ như CRAH (Computer Room Air Handler) trong phòng máy, AHU (Air Handling Unit), hay FCU (Fan Coil Unit) trong các tòa nhà.

Tại các dàn này, nước lạnh sẽ hấp thụ nhiệt từ không khí trong phòng, làm giảm nhiệt độ và độ ẩm, sau đó nước ấm lên và tuần hoàn trở lại Chiller để tiếp tục chu trình làm lạnh. Sự khác biệt lớn nhất giữa các loại Chiller nằm ở cách chúng giải phóng nhiệt lượng đã hấp thụ ra môi trường bên ngoài.

2. Chiller giải nhiệt bằng gió (Air-cooled Chiller)

Chiller giải nhiệt bằng gió là loại hệ thống làm lạnh không cần sử dụng tháp giải nhiệt nước.

• Nguyên lý trao đổi nhiệt trực tiếp: Thay vì thải nhiệt vào nước, loại Chiller này trao đổi nhiệt trực tiếp từ gas nóng áp suất cao với không khí môi trường thông qua các dàn ống có cánh tản nhiệt và quạt công suất lớn. Gas nóng sau khi nén sẽ đi qua dàn ngưng tụ dạng ống cánh, nơi quạt thổi không khí qua để làm mát và ngưng tụ gas thành lỏng.

• Hiệu suất lạnh: Loại này có hiệu suất lạnh kém hơn đáng kể so với Chiller giải nhiệt nước. Theo thực tế, hiệu suất của Chiller giải nhiệt gió có thể chỉ bằng khoảng 1/1.5 lần so với Chiller giải nhiệt nước. Ví dụ, nếu với cùng một công suất điện tiêu thụ, Chiller gió chỉ sản sinh ra 3 kW lạnh, thì Chiller nước có thể sản sinh ra 4.5 kW lạnh.

• Lý do vẫn được sử dụng: Mặc dù hiệu suất thấp hơn, Chiller giải nhiệt gió vẫn được ưa chuộng và sử dụng trong một số điều kiện đặc biệt. Đó là những nơi có nguồn nước hạn chế, hoặc khi chi phí đầu tư cho tháp giải nhiệt và hệ thống bơm nước giải nhiệt là không kinh tế, hoặc khi không gian lắp đặt không cho phép xây dựng tháp giải nhiệt lớn. Chúng cũng được ưu tiên ở những nơi yêu cầu đơn giản hóa việc bảo trì liên quan đến nước và hóa chất xử lý.

3. Hệ thống giải nhiệt bằng nước (Water-cooled Chiller)

Hệ thống giải nhiệt bằng nước là phương pháp làm lạnh phổ biến và hiệu quả cao, sử dụng nước làm môi chất trung gian để thải nhiệt.

Cấu trúc và nguyên lý: Hệ thống giải nhiệt sử dụng nước có cấu trúc cơ bản tương tự như các hệ thống sử dụng glycol (chất lỏng chống đông), nhưng với những khác biệt quan trọng.

• Sử dụng nước làm chất dẫn lưu nhiệt: Thay vì dùng glycol, hệ thống này sử dụng nước thông thường để hấp thụ nhiệt từ môi chất lạnh tại dàn ngưng của Chiller.

• Thải nhiệt qua tháp giải nhiệt nước (Cooling Tower): Nhiệt lượng mà nước đã hấp thụ từ Chiller sẽ được thải ra ngoài khí quyển thông qua tháp giải nhiệt nước (Cooling Tower), thay vì bộ làm mát chất lỏng (Fluid Cooler) như trong hệ thống dùng glycol.

Vòng tuần hoàn nhiệt:

• Trong hệ thống này, nước ấm từ dàn trao đổi nhiệt (dàn ngưng của Chiller) sẽ được đưa đến Cooling Tower.

• Tại tháp giải nhiệt, nước được giải nhiệt bằng cách cho rơi tự nhiên trên các vách hở hoặc tấm tản nhiệt bên trong tháp. Quạt được sử dụng để tăng cường tốc độ trao đổi nhiệt cho nước bằng cách tạo ra luồng không khí mạnh. Khi nước rơi xuống đáy của tháp, nó sẽ đạt được nhiệt độ mát cần thiết.

• Nước đã được làm mát này sau đó được hệ thống bơm đẩy ngược lại bộ trao đổi nhiệt bên trong Chiller (dàn ngưng) để tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín, liên tục dẫn nhiệt từ bên trong phòng (qua Chiller) ra bên ngoài khu vực cần làm mát (qua tháp giải nhiệt).

Khả năng chia sẻ tháp giải nhiệt: Một ưu điểm lớn là hệ thống Cooling Tower và các thiết bị phụ trợ để tạo vòng trao đổi nhiệt này thường không chỉ dành riêng cho một Chiller mà có thể dùng chung cho nhiều hệ thống lạnh khác, như hệ thống điều hòa tiện nghi (comfort cooling) hoặc các Chiller khác trong cùng một tòa nhà hoặc khu công nghiệp.

4. Ưu và nhược điểm của Chiller giải nhiệt bằng nước

Hệ thống Chiller giải nhiệt bằng nước mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng đi kèm với một số thách thức nhất định.

Ưu điểm:

• Độ khả dụng cao: Các thành phần chính của Chiller thường được đóng gói trong một khối và được kiểm tra kỹ lưỡng từ nhà máy, đảm bảo độ tin cậy và sẵn sàng hoạt động cao.

• Khoảng cách truyền tải xa: Ống dẫn nước có thể đi được khoảng cách xa hơn đáng kể so với ống dẫn gas trong hệ thống giải nhiệt gió, mang lại sự linh hoạt hơn trong việc bố trí thiết bị.

• Chia sẻ chi phí đầu tư: Do có thể sử dụng chung Cooling Tower với các hệ thống lạnh khác trong tòa nhà hoặc khu vực, hệ thống Chiller giải nhiệt nước có tiềm năng giảm đáng kể chi phí đầu tư ban đầu cho tháp giải nhiệt và các thiết bị phụ trợ.

Nhược điểm:

• Chi phí đầu tư ban đầu cao: Mặc dù có thể chia sẻ tháp, tổng chi phí đầu tư ban đầu cho tháp giải nhiệt, các máy bơm chuyên dụng và hệ thống ống dẫn nước giải nhiệt thường khá cao.

• Chi phí vận hành và bảo trì cao: Hệ thống giải nhiệt bằng nước yêu cầu thường xuyên làm vệ sinh tháp giải nhiệt (để tránh rong rêu, cáu cặn, vi khuẩn Legionella) và sử dụng hóa chất xử lý nước để ngăn ngừa ăn mòn và đóng cặn, dẫn đến chi phí vận hành và bảo trì tương đối cao.

• Nguy cơ xuất hiện chất lỏng trong môi trường IT: Đặc biệt đối với trung tâm dữ liệu, việc sử dụng nước trong hệ thống giải nhiệt luôn tiềm ẩn nguy cơ rò rỉ chất lỏng vào môi trường chứa thiết bị IT nhạy cảm, có thể gây hư hỏng nghiêm trọng.

• Giảm độ tin cậy khi sử dụng chung: Nếu sử dụng chung tháp giải nhiệt của một hệ thống khác (ví dụ hệ thống điều hòa không khí tiện nghi của tòa nhà), có thể làm giảm độ tin cậy của hệ thống giải nhiệt dành riêng cho data center do bất kỳ sự cố nào ở tháp đều ảnh hưởng đến cả hai hệ thống.