Phân biệt hệ thống Điều hòa không khí Water Chiller và VRV

Công trình cần điều hòa không khí là tòa nhà văn phòng có diện tích điều hòa và tải lạnh tương đối lớn, nên hệ thống điều hòa không khí cục bộ sẽ không phù hợp bằng hệ thống điều hòa không khí trung tâm. Sau đây Trần Gia M&E sẽ cùng các bạn so sánh hai phương án thiết kế hệ thống điều hòa không khí Water Chiller và VRV.

Hệ thống Điều hòa không khí Water Chiller

Hệ thống Water Chiller là hệ thống dùng nước lạnh để làm chất tải lạnh trung gian. Cụm máy lạnh không trực tiếp xử lí không khí mà làm lạnh nước. Nước lạnh được làm lạnh ở bình bay hơi từ 12°C xuống khoảng 7°C rồi được dẫn theo các đường ống có bọc cách nhiệt đưa đến các dàn lạnh FCU hoặc AHU để sử lý nhiệt ẩm không khí. Nhiệt thải ở thiết bị ngưng tụ có thể thải cho nước (hệ Chiller giải nhiệt nước) hoặc gió (hệ Chiller giải nhiệt gió).

Năng suất lạnh của một Chiller có thể từ vài chục kW đến hàng chục ngàn kW. Hoạt động hiệu quả cao trong các lĩnh vực có nhu cầu lạnh tương đối ổn định như phân xưởng dệt, in ấn, nhà máy dược và các tòa nhà, công trình lớn hoạt động 24/24 như khách sạn, bệnh viện… với diện tích sàn trên 20.000 m², năng suất lạnh trên 3000 kW.

1. Giải nhiệt dàn nóng bằng gió

Loại chiller giải nhiệt bằng gió: 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). Ví dụ với một công suất điện chiller gió sản sinh ra 3 kw lạnh thì chiller nước sản sinh ra 4,5 kW lạnh. Nhưng do một số điều kiện đặc biệt người ta vẫn dùng hệ chiller gió giải nhiệt.

Ưu điểm:

• Đối với công trình vừa và nhỏ thì chi phí đầu tư, vận hành thấp hơn so với giải nhiệt bằng nước. Do không có sử dụng bơm nước giải nhiệt, tháp giải nhiệt, đường ống nước giải nhiệt.
• Do chỉ sử dụng không khí để giải nhiệt nên có thể làm việc ở những nơi thiếu nước sử dụng, nguồn nước không đảm bảo do bụi bẩn, nhiễm phèn.

Nhược điểm:

• Chỉ thích hợp cho công trình vừa và nhỏ.
• Nhiệt độ ngưng tụ và áp suất ngưng tụ cao hơn so với giải nhiệt bằng nước ® sử dụng công nén lớn hơn ® tốn năng lượng và COP thấp hơn so với giải nhiệt bằng nước.

2. Giải nhiệt dàn nóng bằng nước

Hệ làm lạnh cooling water chiller giải nhiệt nước gồm 3 thành phần cơ bản: Tháp giải nhiệt, Chilller và thiết bị phụ như: bơm, đường ống nước, hệ thống cấp nước bổ sung…

Máy làm lạnh nước cùng hệ thống bơm nước thường được bố trí ở tầng hầm hoặc tầng trệt và tháp giải nhiệt được đặt trên sân thượng.

Nước được làm lạnh trong bình bay hơi rồi được bơm nước lạnh đưa nước tới các thiết bị trao đổi nhiệt AHU hoặc FCU. Tại đây không khí được hút vào FCU để trao đổi nhiệt với nước. Không khí nhả nhiệt và giảm nhiệt độ xuống, sau đó được thổi vào không gian cần làm mát. Còn nước thì nhận nhiệt và nhiệt độ nước tăng lên sau đó sẽ được bơm đẩy về bình bay hơi để tái làm lạnh và tiếp tục chu trình tuần hoàn.

Ưu điểm:

• Chất chuyển tải lạnh là nước nên không ảnh hưởng đến con người khi xảy ra sự cố rò rỉ đường ống môi chất lạnh ra ngoài.
• Thích hợp cho không gian rộng lớn và đông người như rạp chiếu phim, hội trường… do có đường ống cung cấp gió tươi làm cho không gian trở nên trong lành thoáng mát.
• Thích hợp cho các tòa nhà cao tầng như khách sạn, cao ốc văn phòng… do có công suất lớn và không bị ảnh hưởng bởi chiều cao.
• Hệ thống hoạt động ổn định, tuổi thọ cao.
• Nhiệt độ ngưng tụ và áp suất ngưng tụ thấp hơn so với giải nhiệt bằng không khí → sử dụng công nén thấp hơn → ít tốn năng lượng và COP cao hơn so với giải nhiệt bằng không khí.

Nhược điểm:     

• Hệ thống chỉ có thể sử dụng cho các công trình vừa và lớn.
• Phải có không gian lắp đặt tháp giải nhiệt, bơm, đường ống nước giải nhiệt.
• Không thể sử dụng ở vùng thiếu nước và nguồn nước dơ bẩn.
• Lắp đặt và vận hành tương đối phức tạp.
• Đòi hỏi công nhân vận hành lành nghề.
• Vận hành bảo dưỡng tương đối phức tạp.

Hệ thống Điều hòa không khí VRV-VRF

Máy điều hoà VRV ra đời từ những năm 1982 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 gas, 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.

Hệ VRV là hệ thống điều hòa không khí, một dàn nóng kết nối với nhiều dàn lạnh (thường gọi là một mẹ nhiều con), làm lạnh trực tiếp không khí phòng trong các dàn bay hơi. VRV cũng có hai loại giải nhiệt gió và giải nhiệt nước nhưng chủ yếu là loại giải nhiệt gió. Loại giải nhiệt nước hầu như chưa được ứng dụng.

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.

Ưu nhược điểm của hệ thống VRV:

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.
• 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.

Chế độ làm việc của máy điều hoà VRV:

• Chế độ lạnh: Tất cả các phòng đều làm lạnh.
• Chế độ hồi nhiệt: 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 gas về còn có thêm đường hồi và hệ thống chọn nhánh.
• Chế độ sưởi: Tất cả các phòng đều sưởi ấm.

So sánh phương án thiết kế

Để có cái nhìn tổng quát nhất về hai hệ thống điều hòa không khí Water Chiller và VRV, ta có bảng so sách sơ lược về hai hệ thống:

Bảng so sánh hệ thống Water Chiller và VRV