Bộ trao đổi nhiệt máy nén trong HVAC - Thiết kế, lựa chọn và bảo trì

Vai trò của bộ trao đổi nhiệt máy nén trong hệ thống HVAC

các trao đổi nhiệt máy nén (thường là bộ làm mát dầu hoặc bộ làm mát khí/tầng trung gian tùy thuộc vào loại hệ thống) loại bỏ nhiệt sinh ra trong quá trình nén và điều hòa chất làm lạnh và dầu bôi trơn đến nhiệt độ vận hành an toàn. Mục tiêu chính của nó là bảo vệ tuổi thọ của máy nén, duy trì hiệu suất bôi trơn, ổn định nhiệt động lực học của chất làm lạnh và giữ nhiệt độ xả của hệ thống trong giới hạn thiết kế.

Các loại trao đổi nhiệt máy nén phổ biến và nơi chúng được sử dụng

Việc lựa chọn loại phù hợp phụ thuộc vào công suất hệ thống, tiện ích sẵn có, diện tích và điều kiện môi trường. Dưới đây là các loại phổ biến được sử dụng trong máy nén HVAC:

• Bộ trao đổi ống có vây làm mát bằng không khí: Tùy chọn đơn giản, ít sử dụng nước được sử dụng trên nhiều căn hộ trên mái nhà hoặc căn hộ đóng gói vừa và nhỏ, nơi có luồng không khí xung quanh.
• Bộ trao đổi vỏ và ống làm mát bằng nước: Truyền nhiệt cao hơn trên mỗi dấu chân; được sử dụng ở những nơi có sẵn nước lạnh hoặc tháp giải nhiệt và trong các máy nén phòng cơ lớn hơn.
• Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm (được hàn đồng hoặc có đệm): Nhỏ gọn, hiệu quả và được sử dụng ở nơi không gian hạn chế hoặc cần truyền nhiệt dầu/môi chất lạnh nhanh chóng.
• Bộ làm mát dầu tích hợp: Bộ trao đổi nhiệt nhỏ hơn, khớp nối chặt bên trong gói máy nén được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ dầu bôi trơn.

Các thông số thiết kế chính cần xác định

Khi chỉ định bộ trao đổi nhiệt máy nén, bạn phải ghi lại các điều kiện vận hành thực tế chứ không chỉ công suất danh nghĩa. Các thông số quan trọng là tốc độ dòng chất làm lạnh/dầu, nhiệt độ đầu vào/đầu ra, độ giảm áp suất cho phép, áp suất làm việc tối đa, tính chất hóa học của chất lỏng (khả năng tương thích), hệ số gây tắc nghẽn và nhiệt độ môi trường xung quanh hoặc nước làm mát.

cácrmal variables and required information

Cung cấp: tải nhiệt dự kiến (kW hoặc BTU/h) từ máy nén, đặc tính chất lỏng nguồn và bồn rửa, nhiệt độ tiếp cận cho phép (ΔTmin) và bất kỳ hoạt động nhất thời hoặc gián đoạn nào sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ và kích thước trung bình.

Yêu cầu về cơ khí và khả năng phục vụ

Nêu rõ các vật liệu cần thiết (thép không gỉ, đồng, thép cacbon), tiêu chuẩn mặt bích, khả năng tiếp cận để làm sạch và liệu bộ trao đổi nhiệt có thể thay thế được hoặc có thể làm sạch được tại hiện trường hay không. Những điều này ảnh hưởng đến chi phí vòng đời và thời gian ngừng hoạt động.

Ví dụ về kích thước thực tế (cần có dòng nước làm mát)

Ví dụ này cho thấy cách tính tốc độ dòng nước làm mát cần thiết để hấp thụ nhiệt của máy nén. Sử dụng cân bằng năng lượng Q = ṁ · c · ΔT, trong đó Q là nhiệt lượng (W), ṁ là lưu lượng khối (kg/s), c là nhiệt dung riêng (J/kg·K), và ΔT là độ tăng nhiệt độ cho phép (°C).

Số ví dụ: giả sử công suất nhiệt của máy nén Q = 50.000 W (50 kW), môi trường làm mát là nước có c = 4184 J/kg·K và cho phép ΔT = 10 °C.

Các bước tính toán:

• Bắt đầu với Q = ṁ · c · ΔT.
• Sắp xếp lại: ṁ = Q / (c · ΔT).
• Mẫu số tính toán: c · ΔT = 4184 × 10 = 41.840 (J/kg).
• Tính lưu lượng khối: ṁ = 50.000 / 41.840 ≈ 1,195 kg/s.
• Quy đổi sang lưu lượng thể tích (đối với nước, 1 kg ≈ 1 L): 1,195 kg/s ≈ 1,195 L/s = 1,195 × 60 = 71,70 L/phút.
• Kết quả: cần khoảng 1,20 kg/s (hoặc ~71,7 L/phút) nước làm mát cho tải nhiệt 50 kW với mức tăng 10 °C.

Số liệu hiệu suất trao đổi nhiệt để đánh giá

Khi so sánh các phương án, hãy đánh giá hệ số truyền nhiệt tổng thể (U), diện tích bề mặt cần thiết (A) thông qua Q = U·A·LMTD, độ giảm áp suất ở cả hai phía, nhiệt độ tiếp cận (khoảng cách chất lỏng lạnh có thể tiếp cận với chất lỏng nóng) và khả năng chống bám bẩn. Nhiệt độ tiếp cận thấp hơn thường có nghĩa là A lớn hơn hoặc U cao hơn.

Danh sách kiểm tra lựa chọn cho các kỹ sư và nhà thầu

• Xác nhận đường cong thải nhiệt thực tế của máy nén tại các điểm vận hành dự kiến thay vì chỉ ở bảng tên.
• Chỉ định giới hạn nhiệt độ xả tối đa cho phép và nhiệt độ dầu do nhà sản xuất máy nén đặt ra.
• Kết hợp loại thiết bị trao đổi nhiệt với các tiện ích sẵn có (không khí và nước), diện tích sử dụng và chế độ bảo trì.
• Chỉ định giới hạn giảm áp suất để tránh làm cạn kiệt máy nén hoặc làm quá tải máy bơm/quạt.
• Bao gồm phụ cấp ăn mòn và khả năng tương thích vật liệu đối với chất làm lạnh, dầu và nước.
• Thiết kế theo yếu tố gây ô nhiễm thực tế và cung cấp khả năng tiếp cận để làm sạch cơ học hoặc hóa học.

Thực hành tốt nhất về lắp đặt và đường ống

Lắp bộ trao đổi nhiệt để thoát nước tốt (bộ làm mát dầu không được giữ dầu). Cung cấp van cách ly và đường vòng để làm sạch và bảo trì. Bao gồm các thiết bị đo nhiệt độ và áp suất ngược dòng và hạ lưu cho cả hai mạch để theo dõi hiệu suất. Đối với bộ trao đổi dạng tấm, hãy đưa phương pháp thay thế miếng đệm an toàn hoặc quy trình thay thế tấm hàn vào tài liệu.

Vận hành, giám sát và bảo trì

Kiểm tra thường xuyên kéo dài tuổi thọ và duy trì hiệu suất. Các biện pháp được khuyến nghị bao gồm kiểm tra trực quan hàng quý, giám sát chênh lệch nhiệt độ hàng tháng, vệ sinh định kỳ các cánh tản nhiệt bên không khí hoặc làm sạch cơ học/hóa học bề mặt phía nước và phân tích dầu để phát hiện nhiệt độ tăng cao hoặc các chất gây ô nhiễm có thể đẩy nhanh quá trình bám bẩn.

Điểm giám sát định kỳ

• Ghi lại nhiệt độ xả và nhiệt độ dầu của máy nén và so sánh với hiệu suất cơ bản.
• Theo dõi nhiệt độ tiếp cận và ghi lại bất kỳ sự trôi dạt ổn định nào cho thấy sự tắc nghẽn hoặc sự xuống cấp của bơm/quạt.
• Theo dõi sự sụt giảm áp suất trên bộ trao đổi nhiệt để phát hiện tắc nghẽn hoặc cặn.
• Đối với hệ thống làm mát bằng nước, hãy theo dõi chất lượng nước (độ cứng, độ pH, sự hiện diện của chất diệt khuẩn) để tránh tắc nghẽn nhanh chóng.

Khắc phục sự cố thường gặp

Các triệu chứng, nguyên nhân có thể xảy ra và các bước hành động đầu tiên:

• Nhiệt độ xả cao: Kiểm tra tốc độ dòng làm mát, cặn bẩn, hoạt động của quạt và mức dầu. Thiết lập lại dòng chảy và làm sạch bề mặt.
• Tăng giảm áp suất nhanh chóng: Kiểm tra các mảnh vụn, cặn hoặc ống bị sập; thực hiện vệ sinh hoặc thay thế ống khi cần thiết.
• Ô nhiễm dầu hoặc ô nhiễm chéo: Chất lỏng thử nghiệm; nếu xảy ra hiện tượng trộn lẫn chất làm lạnh-dầu, hãy làm theo quy trình của nhà sản xuất và xem xét việc thay thế bộ trao đổi nhiệt nếu nghi ngờ có rò rỉ bên trong.
• Rung hoặc tiếng ồn: Xác minh việc lắp đặt an toàn, kiểm tra độ rung do dòng chảy gây ra và đảm bảo các khe co giãn thích hợp được đặt đúng chỗ.

Cân nhắc trang bị thêm và nâng cấp

Khi trang bị thêm máy nén cũ, hãy cân nhắc thay thế các bộ trao đổi nhiệt nhỏ, làm mát bằng không khí kém hiệu quả bằng các bộ phận dạng tấm hoặc vỏ và ống nếu không gian và tiện ích cho phép. Các nâng cấp giúp giảm nhiệt độ tiếp cận hoặc giảm mức tiêu thụ năng lượng của quạt/bơm có thể mang lại hiệu quả nhanh chóng trên các hệ thống lớn. Luôn xác nhận khả năng tương thích cơ học và khả năng tương thích chất làm lạnh/dầu khi thay đổi vật liệu hoặc cấu hình bộ trao đổi nhiệt.

Bảng so sánh: hướng dẫn quyết định nhanh

Tóm tắt - các bước thực tế để có kết quả tốt nhất

Để có hiệu suất trao đổi nhiệt máy nén đáng tin cậy: thu thập dữ liệu vận hành chính xác, chọn loại bộ trao đổi nhiệt phù hợp với tiện ích và không gian, kích thước sử dụng công suất nhiệt và ΔT cho phép, chỉ định vật liệu và hệ số gây tắc nghẽn, cung cấp dịch vụ vệ sinh và giám sát cũng như tuân theo lịch trình bảo trì kỷ luật. Các bước này giúp giảm thời gian ngừng hoạt động, duy trì tuổi thọ của máy nén và tối ưu hóa hiệu suất tổng thể của nhà máy HVAC.