Tháp giải nhiệt là gì?
Tháp nhiệt là một trong những thiết bị chính của hệ thống chiller giải nhiệt nước và nhiệm vụ chính của chúng là giải nhiệt cho nước qua bình ngưng tụ của chiller.
Lỗi thiết kế cụm tháp giải nhiệt thường gặp trong hệ thống Water Chiller
Tháp giải nhiệt được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các công trình quy mô lớn như: Tòa nhà văn phòng cao tầng, trung tâm thương mại, nhà máy…Trong những dạng công trình đó thì tòa nhà cao tầng và trung tâm thương mại thường hay xảy ra sự cố tràn nước ở tháp giải nhiệt mà lỗi xuất phát từ việc thiết kế ít ai để ý tới. Tại sao lại như vậy chúng ta cùng đi vào chi tiết để hiểu hơn và phòng tránh trong quá trình thiết kế.
Ta thấy hầu hết các công trình lớn đều có công suất lớn nên hệ tháp giải nhiệt thường bao gồm nhiều cụm tháp giải nhiệt được vận hành.
Đối với các công trình nhà máy thì thời gian hoạt động tải thường cố định và ít biến thiên nên không vấn đề gì xảy ra. Còn các dự án cao ốc văn phòng và trung tâm thương mại tải luôn biến đổi và công suất lạnh cũng biến thiên theo tải vào từng thời điểm. Chính vì vậy để tiết kiệm năng lượng thì các cụm tháp giải nhiệt hoạt động độc lập hoặc cùng lúc nhiều cụm theo chiller và theo tải yêu cầu trong từng thời điểm.
Như hình 1 và hình 2 ta thấy điểm khác nhau đó là:
- Hình 1 chỉ có hệ van điện từ ở đường nước vào tháp
- Hình 2 thì có van điện từ cho cả 2 đường nước vào và ra.
Thiết kế như hình 1 là nguyên nhân chính dẫn đến tràn nước tại tháp giải nhiệt.
Chúng ta sẽ phân tích hình 1 theo trường hợp hoạt động như sau:
Khi hoạt động đầy tải sẽ không có hiện tượng tràn nước do tất cả các cụm tháp giải nhiệt đều hoạt động và lượng nước qua các tháp giải nhiệt là như nhau.
Trong trường hợp tải thấp và chỉ có một chiller hoạt động tương ứng sẽ có một tháp giải nhiệt hoạt động. Khi đó bơm giải nhiệt phía chiller hút nước từ tháp về chiller theo đường góp chung giữa các tháp. Do phía trên đường nước vào tại hai tháp giải nhiệt không hoạt động, van điện từ sẽ đóng lại. Nên sẽ xảy ra hiện tượng nước trong hai tháp không hoạt động cũng sẽ bị hút về đường hồi vào bơm giải nhiệt nên khi hai tháp giải nhiệt này mất nước thì van phao trong tháp với cơ chết châm nước hao hụt trong hệ thống sẽ tự động mở ra để bổ sung nước vào hệ thống. Trong khi lượng nước trong hệ thống thực chất vẫn đủ và không bị hụt nước nên được hiểu như là hiện tượng mất nước giả trong hệ thống. Khi lượng nước trong hệ thống được bổ sung nhiều dẫn đến tình trạng dư, tràn nước trên tháp giải nhiệt đang hoạt động vì lượng nước trên tháp giải nhiệt đang hoạt động đang đầy. Trong trường hợp này sự tràn nước hầu hết sẽ được xả qua đường xả tràn của tháp giải nhiệt gây lãng phí nước lớn. Tuy nhiên nếu hệ thống lớn thì lượng nước dư sẽ lớn và nước thoát không kịp qua đường xả tràn dẫn đến việc nước sẽ tràn ra khỏi tháp.
Do đó để hệ thống được kiểm soát chặt chẽ cũng như khắc phụ hiện tượng tràn nước khi hoạt động tải thấp thì cần lưu ý thiết kế van điện từ ở cả hai đường cấp và hồi về chiller để đóng mở cho các cụm tháp khi hoạt động như hình 2.
Ý nghĩa đường cân bằng nước giữa các cụm tháp giải nhiệt trong hệ thống Water Chiller
Tiếp nối phần trước chúng ta đã phân tích tác dụng và ý nghĩa của van điện từ được bố trí trong hệ thống các cụm tháp giải nhiệt ra sao. Ở phần này tôi sẽ phân tích tiếp một vấn đề trong thiết kế hầu hết ít ai để ý đến, trong khi tác hại có thể làm tràn nước tháp cùng với việc hệ thống hoạt động kém hiệu quả.
Vấn đề mà tôi muốn nói đến đó là tác dụng của đường nước cân bằng giữa các cụm tháp giải nhiệt trong hệ thống và cách xác định kích thước của chúng.
Theo hình 1 là hệ thống có bốn cụm tháp giải nhiệt được nối với nhau bởi đường nước cân bằng. Nếu như không có đường nước cân bằng giữa các cụm tháp thì khi hoạt động đồng thời các tháp sẽ xảy ra các tình trạng như sau:
Các cụm tháp giải nhiệt đều được khống chế bằng các van cổng, van điện từ cả đường cấp lẫn hồi. Tuy nhiên đường ống cấp đến và hồi về chiller đều là ống góp chung giữa các tháp chứ không phân nhiều ống. Do đó việc nước cấp đến và hồi về chiller giữa các tháp không thể cân chỉnh đều nhau hoàn toàn được mà nguyên nhân bởi các yếu tố như vị trí các tháp so với bơm, đường ống lắp đặt tại mỗi tháp…
Chính việc nước không đồng đều tại các cụm tháp nên khi hoạt động đồng thời sẽ có tháp hút nhiều nước và tháp ít hơn. Ở các tháp ít nước hơn cũng sẽ xảy ra hiện tượng hụt nước giả và tràn nước ở các tháp nhiều nước bởi van phao như được nói đến ở phần trước. Bên cạnh đó một số trường hợp khi cụm tháp hút nước nhiều thiếu nước trong khi lượng nước bổ sung chậm sẽ dẫn đến việc bơm giải nhiệt trong tháp chạy khô nên dễ hư hỏng.
Với những vấn đề trên thì đường nước cân bằng giữa các tháp giữ vai trò khá quan trọng trong hệ thống. Nó giúp hệ thống hoạt động ổn định hơn và không xảy ra các hiện tượng như trên, gây lãng phí nước và hiệu quả giải nhiệt hệ thống kém.
Chọn kích thước đường ống cân bằng giữa các cụm tháp giải nhiệt
Đường nước cân bằng giữa các cụm tháp trong hệ thống là không thể thiếu, đồng thời cần lưu ý cao độ lắp đặt giữa các tháp phải bằng nhau.
Vậy việc chọn kích thước đường ống cân bằng ấy ra sao?
Với kích thước đường nước cân bằng chúng ta có thể tham khảo guideline của nhà cung cấp tháp giải nhiệt hoặc theo kinh nghiệm, chúng ta sẽ căn cứ vào lưu lượng nước qua cụm tháp giải nhiệt lớn nhất trong hệ thống để tính. Khi đó lưu lượng để tính cho đường ống cân bằng khoảng 15% lưu lượng của tháp giải nhiệt lớn nhất trong hệ thống.
Ngoài ra, có thể tham khảo bảng 1 được đính kèm để chọn kích thước đường ống cân bằng giữa các tháp.
