Hệ thống kiểu phân tán.

Máy điều hòa không khí VRV

Máy điều hoà VRV ra đời từ những năm 70 trước yêu cầu về tiết kiệm năng lượng và những yêu cầu cấp thiết của các nhà cao tầng.

Cho tới nay vẫn chưa có tên gọi tiếng Việt nào phản ánh đúng bản chất máy điều hoà kiểu VRV. Tuy nhiên trong giới chuyên môn người ta đã chấp nhận gọi là VRV như các nước vẫn sử dụng và hiện nay được mọi người sử dụng rộng rãi.

Máy điều hoà VRV do hãng Daikin của Nhật phát minh đầu tiên. Hiện nay hầu hết các hãng đã sản xuất các máy điều hoà VRV và đặt dưới các tên gọi khác nhau , nhưng về mặt bản chất thì không có gì khác.

Tên gọi VRV xuất phát từ các chữ đầu tiếng Anh : Variable Refrigerant Volume, nghĩa là hệ thống điều hoà có khả năng điều chỉnh lưu lượng môi chất tuần hoàn và qua đó có thể thay đổi công suất theo phụ tải bên ngoài.

Máy điều hoà VRV ra đời nhằm khắc phục nhược điểm của máy điều hoà dạng rời là độ dài đường ống dẫn ga, chênh lệch độ cao giữa dàn nóng, dàn lạnh và công suất lạnh bị hạn chế. Với máy điều hoà VRV cho phép có thể kéo dài khoảng cách giữa dàn nóng và dàn lạnh lên đến 100m và chênh lệch độ cao đạt 50m. Công suất máy điều hoà VRV cũng đạt giá trị công suất trung bình.

* Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo .

Trên hình 5-6 là sơ đồ nguyên lý của một hệ thống điều hoà kiểu VRV. Hệ thống bao gồm các thiết bị chính : Dàn nóng, dàn lạnh, hệ thống đường ống dẫn và phụ kiện.

- Dàn nóng : dàn nóng là một dàn trao đổi nhiệt lớn ống đồng, cánh nhôm trong có bố trí một quạt hướng trục. Môtơ máy nén và các thiết bị phụ của hệ thống làm lạnh đặt ở dàn nóng. Máy nén lạnh thường là loại máy ly tâm dạng xoắn.

- Dàn lạnh : Dàn lạnh có nhiều chủng loại như các dàn lạnh của các máy điều hòa rời. Một dàn nóng được lắp không cố định với một số dàn lạnh nào đó, miễn là tổng công suất của các dàn lạnh dao động trong khoảng từ 50->130% công suất dàn nóng. Nói chung các hệ VRV có số dàn lạnh trong khoảng từ 4 đến 16 dàn. Hiện nay có một số hãng giới thiệu các chủng loại máy mới có số dàn nhiều hơn. Trong một hệ thống có thể có nhiều dàn lạnh kiểu dạng và công suất khác nhau. Các dàn lạnh hoạt động hoàn toàn độc lập thông qua bộ điều khiển. Khi số lượng dàn lạnh trong hệ thống hoạt động giảm thì hệ thống tự động điều chỉnh công suất một cách tương ứng.

- Các dàn lạnh có thể được điều khiển bằng các Remote hoặc các bộ điều khiển theo nhóm thống.

- Nối dàn nóng và dàn lạnh là một hệ thống ống đồng và dây điện điều khiển. Ống đồng trong hệ thống này có kích cỡ lớn hơn máy điều hòa rời. Hệ thống ống đồng được nối với nhau bằng các chi tiết ghép nối chuyên dụng gọi là các REFNET rất tiện lợi.

- Hệ thống có trang bị bộ điều khiển tỷ tích vi (PID) để điều khiển nhiệt độ phòng.

- Hệ có hai nhóm đảo từ và điều tần (Inverter) và hồi nhiệt (Heat recovery). Máy điều hoà VRV kiểu hồi nhiệt có thể làm việc ở 2 chế độ sưởi nóng và làm lạnh.

* Đặc điểm chung :

Ưu điểm

- Một dàn nóng cho phép lắp đặt với nhiều dàn lạnh với nhiều công suất, kiểu dáng khác nhau. Tổng năng suất lạnh của các IU cho phép thay đổi trong khoảng lớn 50-130% công suất lạnh của OU

- Thay đổi công suất lạnh của máy dễ dàng nhờ thay đổi lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống thông qua thay đổi tốc độ quay nhờ bộ biến tần.

Hình 5.6 : Sơ đồ nguyên lý máy điều hòa VRV

- Hệ vẫn có thể vận hành khi có một số dàn lạnh hỏng hóc hay đang sửa chữa.

- Phạm vi nhiệt độ làm việc nằm trong giới hạn rộng.

- Chiều dài cho phép lớn (100m) và độ cao chênh lệch giữa OU và IU : 50m, giữa các IU là 15m.

- Nhờ hệ thống ống nối REFNET nên dễ dàng lắp đặt đường ống và tăng độ tin cậy cho hệ thống.

- Hệ thống đường ống nhỏ nên rất thích hợp cho các tòa nhà cao tầng khi không gian lắp đặt bé.

Nhược điểm :

- Giải nhiệt bằng gió nên hiệu quả làm việc chưa cao.

- Số lượng dàn lạnh bị hạn chế nên chỉ thích hợp cho các hệ thống công suất vừa. Đối với các hệ thống lớn thường người ta sử dụng hệ thống Water chiller hoặc điều hòa trung tâm

- Giá thành cao nhất trong các hệ thống điều hoà không khí

Bảng 5.7 : Đặc tính kỹ thuật dàn lạnh máy VRV - hãng Daikin

Hình 5-7 : Các chế độ điều khiển dàn lạnh và sưởi ấm

Trên hình 5-7 mô tả các chế độ làm việc có thể có của các hệ thống điều hoà VRV. Theo bảng này ta có các chế độ làm việc của máy điều hoà VRV như sau :

- Chế độ lạnh : Tất cả các phòng đều làm lạnh (1)

- Chế độ hồi nhiệt (2), (3) và (4) : Một số phòng làm lạnh, một số phòng sưởi ấm.

Đối với máy có chế độ hồi nhiệt ngoài cặp đường ống lỏng đi và ga về còn có thêm đường hồi và hệ thống chọn nhánh .

- Chế độ sưởi : Tất cả các phòng đều sưởi ấm.

Trên bảng 5.7 giới thiệu đặc tính kỹ thuật của các máy điều hoà VRV hãng Daikin loại K, kiểu Inverter (Bơm nhiệt và làm lạnh riêng biệt). Ở đây phần chữ biểu thị kiểu loại, phần số biểu thị công suất . Ví dụ loại dàn lạnh có công suất 6300 kCal/h ký hiệu là 63K như FXYC63K, FXYK63K... Ý nghĩa của các chữ cụ thể như sau :

+ FXYC- Là dàn lạnh thổi theo 2 hướng đối diện nhau (Double flow Type). Loại này có các model : FXYC20K/25K/32K/40K/50K/63K/80K/125K

+ FXYF - Là dàn lạnh thổi theo 4 hướng (multi flow type). Loại này có các model sau : FXYF32K/40K/50K/63K/80K/100K/125K

+ Loại thổi theo 1 hướng, dùng lắp đặt ở góc (corner type) : FXYK25K/32K/40K/63K

+ Loại áp trần (ceiling suspended type) : FXYH32K/63K/100K

+ Loại đặt nền (floor standing): FXYL25K/40K/63K

+ Loại dấu trần (ceiling mounted duct type). Loại này có các model cụ thể như sau : FXYM40K/50K/63K/80K/100K/125K/200K/250K

+ Loại treo tường (wall mounted type) : FXYA25K/32K/40K/50K/63K

+ Loại vệ tinh (Ceiling mounted buit-in type). Loại vệ tinh có các model cụ thể sau : FXYS25K/32K/40K/50K/63K/80K/100K/125K

Bảng 5.8 : Đặc tính kỹ thuật dàn nóng máy VRV - hãng Daikin

Bảng 5-9 giới thiệu dàn nóng máy điều hoà loại K, kiểu hồi nhiệt (Heat Recovery ). Đối với loại hồi nhiệt cần trang bị bộ lựa chọn rẻ nhánh BS (Branch Selector Unit), để lựa chọn chế độ vận hành làm lạnh, sưởi ấm hoặc cả 2, tuỳ thuộc vào nhiệt độ của phòng. Đối với model loại K có 2 bộ lựa chọn rẻ nhánh là BSV100K và BSV160K.

Bảng 5.9 : Đặc tính kỹ thuật dàn nóng máy VRV, loại hồi nhiệt - hãng Daikin

Máy điều hòa không khí làm lạnh bằng nước (WATER CHILLER)

Hệ thống điều hòa không khí kiểu làm lạnh bằng nước là hệ thống trong đó cụm máy lạnh không trực tiếp xử lý không khí mà làm lạnh nước đến khoảng 7^oC. Sau đó nước được dẫn theo đường ống có bọc cách nhiệt đến các dàn trao đổi nhiệt gọi là các FCU và AHU để xử lý nhiệt ẩm không khí. Như vậy trong hệ thống này nước sử dụng làm chất tải lạnh .

* Sơ đồ nguyên lý

Trên hình 5-9 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều hoà làm lạnh bằng nước. Hệ thống gồm các thiết bị chính sau :

- Cụm máy lạnh Chiller

- Tháp giải nhiệt (đối với máy chiller giải nhiệt bằng nước) hoặc dàn nóng (đối với chiller giải nhiệt bằng gió)

- Bơm nước giải nhiệt

- Bơm nước lạnh tuần hoàn

- Bình giãn nở và cấp nước bổ sung

- Hệ thống xử lý nước

- Các dàn lạnh FCU và AHU

* Đặc điểm của các thiết bị chính:

Cụm Chiller:

Cụm máy lạnh chiller là thiết bị quan trọng nhất của hệ thống điều hoà kiểu làm lạnh bằng nước. Nó được sử dụng để làm lạnh chất lỏng, trong điều hoà không khí sử dụng để làm lạnh nước tới khoảng 7^oC . Ở đây nước đóng vai trò là chất tải lạnh.

Cụm Chiller là một hệ thống lạnh được lắp đặt hoàn chỉnh tại nhà máy nhà chế tạo, với các thiết bị sau :

+ Máy nén : Có rất nhiều dạng , nhưng phổ biến là loại trục vít, máy nén kín, máy nén pittông nửa kín.

+ Thiết bị ngưng tụ : Tuỳ thuộc vào hình thức giải nhiệt mà thiết bị ngưng tụ là bình ngưng hay dàn ngưng. Khi giải nhiệt bằng nước thì sử dụng bình ngưng, khi giải nhiệt bằng gió sử dụng dàn ngưng. Nếu giải nhiệt bằng nước thì hệ thống có thêm tháp giải nhiệt và bơm nước giải nhiệt. Trên thực tế nước ta , thường hay sử dụng máy giải nhiệt bằng nước vì hiệu quả cao và ổn định hơn.

+ Bình bay hơi : Bình bay hơi thường sử dụng là bình bay hơi ống đồng có cánh. Môi chất lạnh sôi ngoài ống, nước chuyển động trong ống. Bình bay hơi được bọc các nhiệt và duy trì nhiệt độ không được quá dưới 7^oC nhằm ngăn ngừa nước đóng băng gây nổ vỡ bình. Công dụng bình bay hơi là làm lạnh nước .

+ Tủ điện điều khiển.

Hình 5-8 : Cụm máy chiller máy nén pittông nửa kín Carrier

Trên hình 5-8 là cụm chiller với máy nén kiểu pittông nửa kín của hãng Carrier. Các máy nén kiểu nửa kín được bố trí nằm ở trên cụm bình ngưng - bình bay hơi. Phía mặt trước là tủ điện điều khiển. Toàn bộ được lắp đặt thành 01 cụm hoàn chỉnh trên hệ thống khung đỡ chắc chắn.

Khi lắp đặt cụm chiller cần lưu ý để dành không gian cần thiết để vệ sinh các bình ngưng. Không gian máy thoáng đãng, có thể dễ dàng đi lại xung quanh cụm máy lạnh để thao tác.

Khi lắp cụm chiller ở các phòng tầng trên cần lắp thêm các bộ chống rung.

Máy lạnh chiller điều khiển phụ tải theo bước , trong đó các cụm máy có thời gian làm việc không đều nhau. Vì thế người vận hành cần thường xuyên hoán đổi tuần tự khởi động của các cụm máy cho nhau. đẻ làm việc đó trong các tủ điện điều khiển có trang bị công tắc hoán đổi vị trí các máy.

Bảng 5.9 là các thông số kỹ thuật cơ bản của cụm chiller của hãng Carrier loại 30HK. Đây là chủng loại máy điều hoà có công suất trung bình từ 10 đén 160 ton và được sử dụng tương đối rộng rãi tại Việt Nam.

Hình 5-9 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hoà water chiller

Bảng 5-10 : Đặc tính kỹ thuật cụm máy chiller Carrier

FPT - Nối ren trong MPT - Nối ren ngoài F (Flange) : Nối bích

t_nl - Nhiệt độ nước lạnh đầu ra, t_k - Nhiệt độ nước ngưng đầu ra

Bảng 5-11 công suất lạnh của các cụm máy chiller Carrier, 30HKA

Bảng 5-11 Công suất lạnh của chiller 30HK - Carrier (khi t”_nl = 7^oC)

t”_nl - Nhiệt độ nước lạnh ra khỏi chiller, ^oC

t”_gn - Nhiệt độ nước giải nhiệt ra khỏi chiller, ^oC

Qo - Công suất lạnh, kW

Qk - Công suất giải nhiệt, kW

N - Công suất mô tơ điện, kW

Dàn lạnh FCU

FCU ( Fan coil Unit) là dàn trao đổi nhiệt ống đồng cánh nhôm và quạt gió . Nước chuyển động trong ống, không khí chuyển động ngang qua cụm ống trao đổi nhiệt, ở đó không khí được trao đổi nhiệt ẩm, sau đó thổi trực tiếp hoặc qua một hệ thống kênh gió vào phòng. Quạt FCU là quạt lồng sóc dẫn động trực tiếp.

Hình 5-10 : Cấu tạo và lắp đặt FCU

Trên bảng 5-12 trình bày đặc tính kỹ thuật cơ bản của các FCU hãng Carrier với 3 mã hiệu 42CLA, 42VLA và 42VMA.

Bảng 5-12 : Đặc tính kỹ thuật FCU hãng Carrier

t_nl - Nhiệt độ nước lạnh vào FCU

t_kk - Nhiệt độ không khí vào

* Các loại FCU : CLA : Loại dấu trần, VLA, VMA đặt nền,

Dàn lạnh AHU

AHU được viết tắt từ chữ tiếng Anh Air Handling Unit. Tương tự FCU, AHU thực chất là dàn trao đổi nhiệt. Nước lạnh chuyển động bên trong cụm ống trao đổi nhiệt, không khí chuyển động ngang qua bên ngoài, làm lạnh và được quạt thổi theo hệ thống kênh gió tới các phòng. Quạt AHU thường là quạt ly tâm dẫn động bằng đai.

AHU có 2 dạng : Loại đặt nằm ngang và đặt thẳng đứng. Tuỳ thuộc vào vị trí lắp đặt mà ta có thể chọn loại thích hợp. Khi đặt nền, chọn loại đặt đứng, khi gá lắp lên trần, chọn loại nằm ngang.

Trên hình 5-11 là hình dạng bên ngoài của AHU kiểu đặt đúng.

Hình 5.11 : Cấu tạo bên trong của AHU

Bảng 5-13 : Đặc tính kỹ thuật AHU hãng Carrier, mã hiệu 39F

Bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt

Bơm nước lạnh và nước giải nhiệt được lựa chọn dựa vào công suất và cột áp

• Lưu lượng bơm nước giải nhiệt :
• 

Qk - Công suất nhiệt của chiller, tra theo bảng đặc tính kỹ thuật của chiller, kW

deltat_gn - Độ chênh nhiệt độ nước giải nhiệt đầu ra và đầu vào, deltat = 5^oC

Cpn - Nhiệt dung riêng của nước, Cpn = 4,186 kJ/kg.^oC

• Lưu lượng bơm nước lạnh
• 

Qk - Công suất lạnh của chiller, tra theo bảng đặc tính kỹ thuật của chiller, kW

deltat_nl - Độ chênh nhiệt độ nước lạnh đầu ra và đầu vào, deltat = 5^oC

C_pn - Nhiệt dung riêng của nước, C_pn = 4,186 kJ/kg.^oC

Cột áp của bơm được chọn tuỳ thuộc vào mạng đường ống cụ thể , trong đó cột áp tĩnh của đường ống có vai trò quan trọng.

Các hệ thống thiết bị khác

- Bình giản nỡ và cấp nước bổ sung : Có công dụng bù giản nỡ khi nhiệt độ nước thay đổi và bổ sung thêm nước khi cần. Nước bổ sung phải được qua xử lý cơ khí cẩn thận.

- Hệ thống đường ống nước lạnh sử dụng để tải nước lạnh từ bình bay hơi tới các FCU và AHU. Đường ống nước lạnh là ống thép có bọc cách nhiệt. Vật liệu cách nhiệt là mút, styrofor hoặc polyurethan.

- Hệ thống đường ống giải nhiệt là thép tráng kẽm.

- Hệ thống xử lý nước

Đặc điểm hệ thống điều hoà làm lạnh bằng nước.

Ưu điểm:

- Công suất dao động lớn : Từ 5Ton lên đến hàng ngàn Ton

- Hệ thống ống nước lạnh gọn nhẹ, cho phép lắp đặt trong các tòa nhà cao tầng, công sở nơi không gian lắp đặt ống nhỏ.

- Hệ thống hoạt động ổn định , bền và tuổi thọ cao.

- Hệ thống có nhiều cấp giảm tải, cho phép điều chỉnh công suất theo phụ tải bên ngoài và do đó tiết kiệm điện năng khi non tải : Một máy thường có từ 3 đến 5 cấp giảm tải. Đối với hệ thống lớn người ta sử dụng nhiều cụm máy nên tổng số cấp giảm tải lớn hơn nhiều.

- Thích hợp với các công trình lớn hoặc rất lớn.

Nhược điểm:

- Phải có phòng máy riêng.

- Phải có người chuyên trách phục vụ.

- Vận hành, sửa chữa và bảo dưỡng tương đối phức tạp.

- Tiêu thụ điện năng cho một đơn vị công suất lạnh cao, đặc biệt khi tải non.