Hướng dẫn cơ bản về hệ thống làm lạnh công nghiệp - Mọi thứ bạn cần biết

Hệ thống làm lạnh công nghiệp là gì?

Các tòa nhà thương mại sử dụng hệ thống Sưởi ấm, Thông gió và Điều hòa không khí (HVAC) để hút ẩm và làm mát tòa nhà. Các tòa nhà thương mại hiện đại tìm kiếm các hệ thống và thành phần HVAC hiệu quả như một phần của các sáng kiến ​​rộng lớn hơn tập trung vào hiệu suất và tính bền vững của tòa nhà. Tương tự như vậy, những người cư ngụ trong tòa nhà cũng mang kỳ vọng lớn rằng hệ thống HVAC sẽ hoạt động như dự kiến. . . để tạo ra một môi trường bên trong thoải mái bất kể các điều kiện bên ngoài của tòa nhà.

Máy làm lạnh đã trở thành một thành phần HVAC thiết yếu của nhiều loại cơ sở thương mại, bao gồm khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, nhà thi đấu thể thao, nhà máy công nghiệp và sản xuất, v.v. cơ sở. Họ có thể dễ dàng tiêu thụ hơn 50% tổng lượng điện sử dụng trong thời gian theo mùa. Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), các thiết bị làm lạnh có thể kết hợp để sử dụng khoảng 20% ​​tổng lượng điện năng được tạo ra ở Bắc Mỹ. Hơn nữa, DOE ước tính rằng các thiết bị làm lạnh có thể tiêu tốn tới 30% năng lượng sử dụng bổ sung do các hoạt động không hiệu quả khác nhau. Những sự thiếu hiệu quả được thừa nhận này đã khiến các công ty và các cơ sở xây dựng tiêu tốn hàng tỷ đô la hàng năm.

Nói chung, máy làm lạnh tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền nhiệt từ môi trường bên trong ra môi trường bên ngoài. Thiết bị truyền nhiệt này dựa vào trạng thái vật lý của chất làm lạnh khi nó lưu thông qua hệ thống làm lạnh. Chắc chắn, thiết bị làm lạnh có thể hoạt động như trái tim của bất kỳ hệ thống HVAC trung tâm nào.

Làm thế nào một máy làm lạnh hoạt động?

Máy làm lạnh hoạt động dựa trên nguyên lý nén hơi hoặc hấp thụ hơi. Thiết bị làm lạnh cung cấp dòng chất làm mát liên tục đến phía lạnh của hệ thống nước xử lý ở nhiệt độ mong muốn khoảng 50 ° F (10 ° C). Sau đó, chất làm mát được bơm qua quy trình, chiết xuất nhiệt ra khỏi một khu vực của cơ sở (ví dụ: máy móc, thiết bị xử lý, v.v.) khi nó chảy trở lại phía hồi của hệ thống nước quy trình.

Một máy làm lạnh sử dụng một hệ thống làm lạnh cơ khí nén hơi kết nối với hệ thống nước quá trình thông qua một thiết bị gọi là thiết bị bay hơi. Môi chất lạnh lưu thông qua thiết bị bay hơi, máy nén, bình ngưng và thiết bị giãn nở của máy làm lạnh. Quá trình nhiệt động học xảy ra trong mỗi thành phần trên của máy làm lạnh. Thiết bị bay hơi hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt để nhiệt thu được bởi dòng chất làm mát quá trình truyền đến chất làm lạnh. Khi quá trình truyền nhiệt diễn ra, chất làm lạnh bay hơi, chuyển từ chất lỏng áp suất thấp thành hơi, trong khi nhiệt độ của chất làm mát quá trình giảm.

Sau đó, chất làm lạnh chảy đến một máy nén, máy nén này thực hiện nhiều chức năng. Đầu tiên, nó loại bỏ chất làm lạnh khỏi dàn bay hơi và đảm bảo rằng áp suất trong dàn bay hơi vẫn đủ thấp để hấp thụ nhiệt ở tốc độ chính xác. Thứ hai, nó làm tăng áp suất trong hơi môi chất lạnh đi ra để đảm bảo rằng nhiệt độ của nó vẫn đủ cao để giải phóng nhiệt khi nó đến bình ngưng. Môi chất lạnh trở về trạng thái lỏng tại bình ngưng. Nhiệt tiềm ẩn tỏa ra khi chất làm lạnh chuyển từ hơi sang lỏng được môi chất làm lạnh (không khí hoặc nước) mang ra khỏi môi trường.

Các loại thiết bị làm lạnh:

Như đã mô tả, hai môi trường làm mát khác nhau (không khí hoặc nước) có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền nhiệt tiềm ẩn khi chất làm lạnh chuyển từ dạng hơi sang dạng lỏng. Như vậy, thiết bị làm lạnh có thể sử dụng hai loại dàn ngưng khác nhau, làm mát bằng gió và làm mát bằng nước.

• Bộ ngưng tụ làm mát bằng không khí giống như "bộ tản nhiệt" làm mát động cơ ô tô. Họ sử dụng một máy thổi có động cơ để đẩy không khí qua một lưới các đường chất làm lạnh. Trừ khi chúng được thiết kế đặc biệt cho các điều kiện xung quanh cao, bình ngưng làm mát bằng không khí yêu cầu nhiệt độ môi trường xung quanh từ 95 ° F (35 ° C) trở xuống để hoạt động hiệu quả.
• Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước thực hiện chức năng tương tự như thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí, nhưng yêu cầu hai bước để hoàn thành quá trình truyền nhiệt. Đầu tiên, nhiệt di chuyển từ hơi môi chất lạnh vào nước ngưng tụ. Sau đó, nước ngưng tụ ấm được bơm đến tháp giải nhiệt, nơi cuối cùng nhiệt của quá trình được thải ra khí quyển.

Máy làm lạnh làm mát bằng nước:

Máy làm lạnh làm mát bằng nước có bình ngưng làm mát bằng nước được kết nối với tháp giải nhiệt. Chúng thường được sử dụng cho các cơ sở lắp đặt vừa và lớn có đủ nguồn cung cấp nước. Máy làm lạnh làm mát bằng nước có thể tạo ra hiệu suất ổn định hơn cho điều hòa không khí thương mại và công nghiệp vì tính độc lập tương đối với sự dao động của nhiệt độ môi trường xung quanh. Máy làm lạnh làm mát bằng nước có kích thước từ các loại công suất nhỏ 20 tấn đến các loại hàng nghìn tấn giúp làm mát các cơ sở lớn nhất thế giới như sân bay, trung tâm mua sắm và các cơ sở khác.

Một máy làm lạnh làm mát bằng nước điển hình sử dụng nước ngưng tuần hoàn từ tháp giải nhiệt để ngưng tụ chất làm lạnh. Máy làm lạnh làm mát bằng nước chứa chất làm lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ nước vào bình ngưng (và tốc độ dòng chảy), có chức năng liên quan đến nhiệt độ bầu ướt xung quanh. Vì nhiệt độ bầu ướt luôn thấp hơn nhiệt độ bầu khô nên nhiệt độ ngưng tụ (và áp suất) của chất làm lạnh trong máy làm lạnh làm mát bằng nước thường có thể hoạt động thấp hơn đáng kể so với máy làm lạnh làm mát bằng không khí. Nhờ đó, máy làm lạnh làm mát bằng nước có thể hoạt động hiệu quả hơn.

Máy làm lạnh làm mát bằng nước thường đặt trong nhà trong một môi trường được bảo vệ khỏi các yếu tố. Do đó, máy làm lạnh làm mát bằng nước có thể có tuổi thọ cao hơn. Máy làm lạnh làm mát bằng nước thường là lựa chọn duy nhất cho các hệ thống lắp đặt lớn hơn. Hệ thống tháp giải nhiệt bổ sung sẽ yêu cầu thêm chi phí lắp đặt và bảo trì so với các thiết bị làm lạnh làm mát bằng không khí.

Máy làm lạnh bằng không khí:

Máy làm lạnh làm mát bằng không khí dựa vào một bình ngưng được làm mát bằng không khí môi trường. Do đó, máy làm lạnh làm mát bằng không khí có thể được ứng dụng phổ biến trong các cơ sở lắp đặt nhỏ hơn hoặc trung bình, nơi có thể tồn tại những hạn chế về không gian. Một máy làm lạnh làm mát bằng không khí có thể là sự lựa chọn thiết thực nhất trong các tình huống mà nước đại diện cho một nguồn tài nguyên khan hiếm.

Một máy làm lạnh làm mát bằng không khí điển hình có thể có quạt cánh quạt hoặc các chu trình làm lạnh cơ học để hút không khí xung quanh qua một cuộn dây có vây để ngưng tụ chất làm lạnh. Sự ngưng tụ của hơi môi chất lạnh trong bình ngưng làm mát bằng không khí cho phép truyền nhiệt vào khí quyển.

Máy làm lạnh làm mát bằng không khí mang lại lợi thế đáng kể là chi phí lắp đặt thấp hơn. Bảo trì đơn giản hơn cũng dẫn đến kết quả tương đối đơn giản so với thiết bị làm lạnh làm mát bằng nước. Máy làm lạnh làm mát bằng không khí sẽ chiếm ít không gian hơn, nhưng chủ yếu sẽ nằm bên ngoài cơ sở. Do đó, các yếu tố bên ngoài sẽ làm giảm tuổi thọ chức năng của chúng.

Bản chất bao gồm tất cả các thiết bị làm lạnh làm mát bằng không khí làm giảm chi phí bảo trì. Sự đơn giản tương đối của chúng cùng với yêu cầu về không gian giảm tạo ra những lợi thế lớn trong nhiều kiểu lắp đặt.

Các hành động để tăng hiệu quả của hệ thống làm lạnh:
Chi phí máy làm lạnh tiêu tốn một phần đáng kể trong hóa đơn tiện ích của tòa nhà. Những biện pháp nào nên thực hiện để tiết kiệm năng lượng thông qua hiệu suất tối đa của hệ thống làm lạnh? Hãy xem xét một số khả năng.

Đang duy trì

Hệ thống làm lạnh sẽ hoạt động hiệu quả hơn thông qua việc bảo trì liên tục thích hợp. Hầu hết các tổ chức nhận ra giá trị này và đã thực hiện các bước như một phần của các phương pháp hay nhất về quản lý cơ sở hàng ngày của họ. Một số phương pháp hay nhất phổ biến cho hệ thống làm lạnh bao gồm:

Kiểm tra và làm sạch các cuộn dây của bình ngưng. Truyền nhiệt có ảnh hưởng lớn đến hệ thống máy làm lạnh và vẫn là yếu tố cơ bản để tạo ra hoạt động máy làm lạnh hiệu quả. Bảo dưỡng định kỳ nên kiểm tra các cuộn dây của bình ngưng xem có bị tắc nghẽn và luồng không khí thoát ra không.

Duy trì phí môi chất lạnh. Thương số làm lạnh của máy làm lạnh phụ thuộc vào mức chất làm lạnh thích hợp trong hệ thống. Duy trì phí môi chất lạnh thích hợp có thể tác động lớn đến hiệu quả năng lượng bằng cách giảm gần 5-10% chi phí làm lạnh.

Duy trì nước ngưng: Vòng nước ngưng sử dụng với tháp giải nhiệt phải duy trì lưu lượng nước phù hợp như thiết kế. Bất kỳ mảnh vụn nào như cát, chất rắn ăn mòn và vật liệu nhiễm bẩn đều có thể ảnh hưởng đến vòng nước của bình ngưng. Việc đóng cặn hoặc đóng cặn có thể ức chế dòng nước và ảnh hưởng lớn đến hiệu quả hoạt động của máy làm lạnh.

Bảo trì dự đoán

Trí tuệ nhân tạo (AI) tiếp tục phát triển trong các ứng dụng thực tế hàng ngày. Máy móc như hệ thống làm lạnh sẽ được hưởng lợi từ các thuật toán AI có thể phát hiện các lỗi tiềm ẩn trước khi chúng xảy ra. Bảo trì dự đoán thúc đẩy việc thu thập và phân tích dữ liệu hoạt động của hệ thống làm lạnh để xác định thời điểm cần thực hiện các hành động bảo trì trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng. Vì các hệ thống làm lạnh đại diện cho trái tim của hầu hết các hệ thống HVAC hiện đại, việc ngăn ngừa các hỏng hóc nghiêm trọng gây ra “thời gian chết” đáng kể sẽ tiết kiệm chi phí sửa chữa khẩn cấp cũng như danh tiếng. Vai trò quan trọng của hệ thống làm lạnh đảm bảo sự giám sát ngày càng tăng. Dữ liệu lớn và AI sẽ giảm thiểu thời gian chết và tối đa hóa năng suất.

Internet of Things (IoT) cung cấp công cụ thu thập dữ liệu có thể cho phép các ứng dụng AI như bảo trì dự đoán. Trên thực tế, tương lai của HVAC là AI và IoT. IoT cho phép thu thập dữ liệu thời gian thực từ máy làm lạnh để cho phép phân tích liên tục hoạt động của nó. Dữ liệu IoT chi tiết được thu thập từ máy làm lạnh sẽ vượt xa dữ liệu thu được bằng cách kiểm tra trực quan. IoT kết nối các kỹ sư xây dựng với khả năng hiển thị theo thời gian thực của các tài sản HVAC quan trọng, do đó cho phép giám sát thông tin về các điều kiện hoạt động thực tế.

Tối ưu hóa

Thiết bị làm lạnh hoạt động như một phần của hệ thống HVAC phức tạp. Máy làm lạnh giải nhiệt bằng nước có độ phức tạp cao hơn do phải kết nối với hệ thống tháp giải nhiệt. Do đó, đánh giá hiệu suất tổng thể của nhà máy làm lạnh sẽ liên quan đến phân tích tổng điện năng tiêu thụ của máy nén, máy bơm, quạt tháp giải nhiệt, v.v. để đánh giá các biện pháp hiệu quả toàn diện như kW / tấn.

Việc tối ưu hóa tổng thể nhà máy làm lạnh phải được thực hiện một cách tổng thể. Các điều chỉnh khác nhau tập trung vào các điểm đặt nước lạnh tối ưu, trình tự máy làm lạnh và cân bằng tải, quản lý nhu cầu cao điểm, quản lý nước tháp giải nhiệt, v.v. chỉ có thể được thực hiện với dữ liệu vận hành. IoT có thể cung cấp các công cụ để tối ưu hóa như vậy bằng cách cung cấp theo dõi thời gian thực về mức tiêu thụ điện năng từ từng bộ phận của nhà máy làm lạnh, nhiệt độ cung cấp / trả về từ máy làm lạnh và tháp giải nhiệt, tốc độ dòng nước từ vòng nước ngưng tụ, v.v. IoT đã tìm thấy ứng dụng thực tế trong HVAC để tạo điều kiện tối ưu hóa thực sự.

Sự kết luận:

Hiệu quả hoạt động của Chiller sẽ tác động rất lớn đến chi phí vận hành tòa nhà của bạn. Bảo trì định kỳ liên tục thể hiện mức tối thiểu từ quan điểm của quản lý cơ sở. Dự đoán bảo trì và tối ưu hóa hệ thống làm lạnh yêu cầu dữ liệu vận hành theo thời gian thực. IoT đã mở ra cánh cửa cho các hình thức làm lạnh hiệu quả mới.