CHIA SẺ KIẾN THỨC KỸ THUẬT

Jun 25, 2016

Tháp giải nhiệt khô (dry cooler) một biến tướng nguy hiểm của điều hòa không khí

TG: PGS TS Nguyễn Đức Lợị - Viện Nhiệt Lạnh ĐHBK Hà Nội

Bài báo phân tích những nhược điểm nghiêm trọng của tháp giải nhiệt khô khi dùng cho chiller điều hòa không khí (gmp-il Đức) so với tháp giải nhiệt thông thường và chỉ ra rằng tháp giải nhiệt khô không phải là thiết bị kĩ thuật điều hòa không khí vì chiller rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nếu ứng dụng tại Hà nội, năng suất lạnh giảm khoảng 15%, điện năng tiêu tốn tăng lên đến 58%, các thông số vận hành xấu đi rất nhanh. Tháp giải nhiệt khô chỉ có thể ứng dụng để giải nhiệt cho các động cơ, máy phát, lò phản ứng…là các thiết bị ít nhạy cảm với nhiệt độ hơn.

1. Mở đầu

Tháp giải nhiệt thông thường trong kỹ thuật điều hòa không khí (ĐHKK) được hiểu là một thiết bị dạng tháp, có nước phun từ trên xuống và quạt gió đi ngược chiều từ dưới lên để làm mát nước giải nhiệt ra từ bình ngưng nhờ bay hơi một phần nước tuần hoàn vào không khí (xem hình 1). Nhiệt độ nước giải nhiệt ra rất thấp, chỉ cao hơn nhiệt độ ướt ngoài trời 3 đến 5oC.


Hình 1

Còn một loại tháp giải nhiệt khác gọi là tháp giải nhiệt khô (dry cooler). Người ta chỉ sử dụng loại dry cooler này để làm mát cho động cơ (ví dụ động cơ ô tô), máy phát điện trong các nhà máy điện, một số loại lò phản ứng trong công nghiệp hóa chất…Lý do là vì nhiệt độ nước giải nhiệt ra của loại này rất cao, cao hơn so với tháp giải nhiệt thường khoảng 13oC. Động cơ, máy phát, lò phản ứng… là các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao, ít nhạy cảm với nhiệt độ nước giải nhiệt. Dry cooler sử dụng hiệu quả cho các thiết bị này vì nước tuần hoàn trong hệ thống kín nên bề mặt trao đổi nhiệt không bị đóng cặn, lắng bùn, gây ăn mòn cũng như không bị hao hụt nước do bay hơi. Nhưng tháp giải nhiệt khô không bao giờ được sử dụng để làm mát cho máy làm lạnh nước giải nhiệt nước (gọi tắt là chiller) của hệ thống ĐHKK vì chiller rất nhạy cảm với nhiệt độ. Hình 2 giới thiệu nguyên lí cấu tạo và làm việc của dry cooler.




Hình 2

Tuy nhiên, hiện nay có những công trình ĐHKK lớn được chuyên gia nước ngoài (gmp-il của Đức) thiết kế đã sử dụng tháp giải nhiệt khô thay cho tháp giải nhiệt thông thường vì một lí do nào đó. So với tháp giải nhiệt thường, hậu quả của nó rất tai hại, đó là nhiệt độ ngưng tụ tăng khoảng 13oC, năng suất lạnh giảm 15%, tổn thất năng lượng tăng đến 58%, chi phí đầu tư tăng lên, độ an toàn và độ tin cậy thiết bị giảm, tuổi thọ thiết bị giảm… Qua bài báo này chúng tôi sẽ phân tích so sánh các chỉ tiêu, thông số để chứng tỏ rằng tháp giải nhiệt khô không phải là thiết bị của kĩ thuật lạnh và ĐHKK.

2. Nguyên lí cấu tạo của hệ thống ĐHKK chiller với tháp giải nhiệt khô

Hình 3 giới thiệu nguyên lí cấu tạo của hệ thống ĐHKK có chiller giải nhiệt nước với tháp giải nhiệt khô


Hình 3

Hệ thống gồm chiller 1 (1a- Máy nén và động cơ, 1b- Bình ngưng tụ, 1c- Bình bay hơi), hệ thống FCU, AHU 2 và bơm nước lạnh 3, hệ thống giải nhiệt ngưng tụ gồm tháp giải nhiệt khô có quạt 5 và bơm nước 4. Như vậy nước giải nhiệt tuần hoàn trong hệ thống kín, thu nhiệt ngưng tụ ở bình bay hơi rồi thải cho không khí nhờ dàn trao đổi nhiệt có quạt 5.

3. Tính toán chế độ vận hành với giả thiết ĐHKK cấp 1 tại Hà nội

3.a. Chế độ vận hành với tháp giải nhiệt thường:

Nhiệt độ ngoài nhà (TCVN 5687-2010 [4]) tN= 37,8oC, độ ẩm φN= 53%. Tra đồ thị I-d được nhiệt độ ướt ngoài nhà 29,1oC. Khi chọn tháp giải nhiệt với hệ số hiệu chỉnh phù hợp ta được nhiệt độ nước ra khỏi tháp để vào giải nhiệt bình ngưng là tw1= 32oC, như vậy nước giải nhiệt ra tw2= 37oC. Nhiệt độ ngưng tụ sẽ khoảng 42oC.

3.b. Chế độ vận hành với tháp giải nhiệt khô:

Nhiệt độ và độ ẩm ngoài nhà như trên đã nêu. Nhưng đây là dàn kín nên không lợi dụng được độ ẩm thấp của không khí ngoài nhà. Gmp-il chọn độ chênh nhiệt độ trao đổi nhiệt hiệu quả là 7oC để thiết kế tháp giải nhiệt khô và lấy tròn nhiệt độ nước ra khỏi dàn sau khi được làm mát là 45oC. Vậy nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt khô sẽ là 50oC. Nhiệt độ ngưng tụ trường hợp này sẽ là 55oC, cao hơn so với tháp giải nhiệt thường là 13oC.

4. Những thông số chính của hệ thống ĐHKK

Hệ thống ĐHKK gồm các thiết bị chính như sau (xem hình 5):

- 8 tổ chiller máy nén trục vít môi chất lạnh R134a năng suất lạnh mỗi tổ 1060 kW, tổng năng suất lạnh 8480 kW ở điều kiện vận hành với tháp giải nhiệt khô như nêu ở mục 3b và nhiệt độ nước lạnh vào bình bay hơi 140C, ra 80C, công suất tiêu thụ trên trục N1= 8x 277,4= 2219,2 kW.
- Tổng công suất của bơm nước lạnh sơ cấp và thứ cấp N2= 8x11 kW + 4x15 kW = 148 kW.
- 901 FCU nối ống gió, 252 cassette, 16 FCU cabin, 53 FCU giấu tường với tổng công suất động cơ lắp đặt là N3= 367 kW.
- Tổng công suất của bơm nước giải nhiệt sơ cấp và thứ cấp N4= 8x11 kW + 8x22 kW = 264 kW.
- Tổng công suất của 24 tháp giải nhiệt khô N5= 24x6x0,6 kW = 86,4 kW.

5. So sánh hiệu quả năng lượng COP của chiller

Theo thiết kế thì đây là tổ chiller trục vít thông dụng năng suất lạnh ở điều kiện tiêu chuẩn 350 RT, nhưng tùy theo sản phẩm của từng hãng năng suất lạnh này có thể thay đổi khác nhau cộng trừ vài %. Hình 4 giới thiệu dữ liệu của chiller máy nén trục vít thông dụng môi chất lạnh R134a dựng theo catalog kĩ thuật của hãng Daikin, hoàn toàn tương đương với chiller công trình đã chọn để tính toán.


Hình 4

Trục tung biểu diễn hệ số COP, còn trục hoành biểu diễn nhiệt độ nước giải nhiệt ra khỏi bình ngưng. Qua đồ thị trên, khi làm việc ở cùng điều kiện ĐHKK cấp 1 ở Hà nội, với tháp giải nhiệt thường, chiller có COP= 5,65 kW/kW, còn khi làm việc với tháp giải nhiệt khô COP của chiller chỉ còn lại 3,58, giảm mất 37%.

Ở đây cũng cần phải nhấn mạnh rằng, tất cả các chiiler thông thường có giới hạn nước giải nhiệt ra tối đa là 45oC, nên vùng từ 45 đến 50oC là nằm ngoài vùng làm việc cho phép, và đường nét đứt của COP là đường ngoại suy, không có trong catalog.

6. So sánh tiêu thụ năng lượng

Để so sánh tiêu thụ năng lượng, chúng tôi tiến hành tính chỉ số tiêu thụ năng lượng riêng PIC (Power Input per Capacity) với PIC= 1/COP và tính ra % để dễ theo dõi (bảng 1).


Như vậy tiêu thụ năng lượng điện của trường hợp tháp giải nhiệt khô tăng thêm khoảng 58% so với tháp giải nhiệt thông thường. Nếu giả thiết hệ thống vận hành đầy tải và thời gian 10 giờ một ngày thì điện năng tiêu thụ tăng thêm khoảng 11.300 kWh, phát thải thêm vào môi trường một lượng khí nhà kính là 11,3 tấn CO2 mỗi ngày (theo số liệu của Ngân hàng thế giới trong Dự án phát triển Doanh nghiệp vừa và nhỏ ở Việt nam).

7. So sánh năng suất lạnh, tính lại số chiller yêu cầu


Theo catalog máy, vận hành với tháp giải nhiệt khô, năng suất lạnh mỗi chiller là 1.060 kW. Nếu sử dụng tháp giải nhiệt thông thường năng suất lạnh sẽ tăng khoảng 15% lên 1219 kW. Số chiller yêu cầu sẽ là nch= 8x1.060/1.219= 6,96 tổ. Như vậy khi dùng tháp giải nhiệt thông thường chỉ cần 7 chiller, có thể giảm bớt được một chiller. Tiết kiệm được một chiller đồng nghĩa với việc tiết kiệm được toàn bộ các máy và thiết bị đi kèm để phục vụ cho nó như bơm nước nóng, bơm nước lạnh, tháp giải nhiệt, đường ống, van, các thiết bị tự động…

8. Sử dụng Tháp giải nhiệt khô là trái với QCXDVN 09:2005 [1]


Quy chuẩn Xây dựng Việt nam QCXDVN 09:2005 là quy chế bắt buộc đối với mọi công trình xây dựng có diện tích từ 300 m2 trở lên, trong đó bảng 5.2 quy định chiller giải nhiệt nước trục vít năng suất lạnh lớn hơn và bằng 1.055 kW (350 RT) thì COP phải đạt tối thiểu 5,50. Khi sử dụng với tháp giải nhiệt khô thì không bao giờ có thể đạt được giá trị này.

Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5687-1992 [2], tiêu chuẩn của Liên xô cũ, tiêu chuẩn về ĐHKK của Trung Quốc [3] và tiêu của nhiều nước trên thế giới đều quy định nhiệt độ nước vào giải nhiệt cho bình ngưng tối đa là 32 đến 33oC tương ứng với nước giải nhiệt ra là 37 đến 38oC chứ không bao giờ lên tới 50oC như phương án thiết kế đã nêu.

9. So sánh các chỉ tiêu khác

Khi sử dụng tháp giải nhiệt khô, nhiệt độ ngưng tụ tăng 13oC, áp suất ngưng tụ tăng khoảng 40% so với khi dùng tháp giải nhiệt thông thường nên hết sức không an toàn vì nguy cơ rò rỉ môi chất, thậm chí nổ vỡ thiết bị, tuổi thọ giảm mạnh do phải vận hành ở điều kiện khắc nghiệt, nhiệt độ dầu bôi trơn tăng tương ứng sẽ làm dầu nhanh lão hóa, bôi trơn kém…Độ tin cậy và độ an toàn thiết bị cũng giảm. Không ai có thể khẳng định mức độ ảnh hưởng lâu dài sẽ như thế nào đối với công trình.

Khi sử dụng tháp giải nhiệt thường sẽ có những nhược điểm của loại tháp này là bình ngưng có thể bị đóng cặn, lắng bùn, han gỉ và ăn mòn trong ống trao đổi nhiệt của bình ngưng, cũng như phải tiêu tốn một lượng nước nhất định để bay hơi và xả cặn để duy trì chất lượng nước không đổi. Nhưng tất cả những nhược điểm đó đều có thể khắc phục một cách dễ dàng, ví dụ có thể sử dụng các loại hóa chất phù hợp để loại trừ việc đóng cặn, ăn mòn và chống sự phát triển nấm mốc, vi trùng, vi khuẩn…Việc vệ sinh bảo dưỡng định kì 3-6 tháng/1 lần cho bình ngưng và tháp giải nhiệt là quá quen thuộc ở Việt nam hiện nay. Khi sử dụng tháp giải nhiệt thường cho công trình này cần phải tiêu tốn khoảng 30 m3/h nước khi chạy đầy tải là không đáng kể so với những gì mà tháp giải nhiệt thông thường mang lại.

10. Kết luận

Với những phân tích ở trên chúng ta thấy, tháp giải nhiệt khô chỉ ứng dụng hiệu quả để giải nhiệt cho những thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao như các động cơ, máy phát điện, các lò phản ứng hóa học…chứ không thể sử dụng để giải nhiệt cho chiller giải nhiệt nước trong hệ thống ĐHKK. Đặt tháp giải nhiệt khô vào hệ thống ĐHKK là đặt nhầm chỗ.

Sử dụng tháp giải nhiệt khô cũng là trái với QCXDVN 09:2005 hiện hành. Vì vậy các nhà thiết kế, lắp đặt hệ thống ĐHKK cần phải tránh xa tháp giải nhiệt khô. Và thực tế là hiện nay ở Việt nam cũng chưa có hệ thống ĐHKK trung tâm nào sử dụng tháp giải nhiệt khô./.


Hình 5


Abstract

There exits a new application of the dry cooler for water cooled water chiller (gmp-il – Germany) thus this paper aims to analyze the disadvantages of the dry cooler compared to the normal cooling tower and to declare that the dry cooler is not suitable for chiller in air conditioning technology and application. The use of the dry cooler for water cooled water chiller in Hanoi can reduce cooling capacity up to 15% and the can increase the energy consumption up to 58%. Furthermore, all operation characteristics become much worse. In practice, the dry coolers are only suitable for cooling motors, generators, reactors e.g. effectively.

Tài liệu tham khảo

1. Bộ Xây Dựng Quy chuẩn Xây dựng Việt nam QCXDVN 09:2005, Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng có hiệu quả. Nxb Xây dựng.
2. TCVN 5687-1992 Thông gió, điều hòa không khí, sưởi ấm, Nxb Xây dựng.
3. GB 50019-2003 National Standard of the People’s Republic of China: Code for Design of Heating Ventilation and Air Conditioning.
4. TCVN 5687-2010 Thông gió và Điều hòa không khí. Nxb Xây dựng.

NGUỒN: (nangluongnhiet.vn)

Loading...

DMCA.com Protection Status

Loading...

0 nhận xét:

Post a Comment

 
All Rights Reserved by EBOOKBKMT © 2015 - 2017