+86-13812067828
Trong các hệ thống HVAC, một trao đổi nhiệt là thành phần cốt lõi truyền nhiệt giữa hai môi trường mà không trộn lẫn chúng. Trong hầu hết các lò đốt dân dụng và thương mại nhẹ, nó truyền nhiệt từ khí đốt nóng sang không khí trong nhà mà bạn hít thở. Trong máy điều hòa không khí và máy bơm nhiệt, bộ trao đổi nhiệt di chuyển nhiệt giữa chất làm lạnh và không khí hoặc nước. Hiểu rõ chức năng của bộ trao đổi nhiệt, cách thức hoạt động và lý do tại sao tình trạng của nó lại quan trọng là điều cần thiết để mang lại sự thoải mái, an toàn và tiết kiệm năng lượng.
Ở mức độ thực tế, bộ trao đổi nhiệt là nơi nhiên liệu hoặc năng lượng điện có thể sử dụng được để sưởi ấm hoặc làm mát. Nó xác định lượng năng lượng bạn phải trả sẽ được chuyển thành tiện nghi thay vì lãng phí vào ống khói hoặc đổ ra ngoài. Nó cũng đóng một vai trò quan trọng đối với chất lượng không khí trong nhà và tuổi thọ của hệ thống.
Bộ trao đổi nhiệt hoạt động theo nguyên tắc đơn giản: môi trường nóng và môi trường lạnh đi rất gần nhau, ngăn cách bởi một bức tường vững chắc cho phép nhiệt đi qua nhưng giữ cho môi trường không bị trộn lẫn. Bên nóng mất nhiệt, bên lạnh thu nhiệt và bức tường vẫn nguyên vẹn. Trong HVAC, mặt “nóng” và “lạnh” có thể là khí đốt, chất làm lạnh, không khí hoặc nước, tùy thuộc vào thiết bị.
Trong lò không khí cưỡng bức, bộ trao đổi nhiệt là một buồng kim loại hoặc bộ ống chứa khí đốt nóng được tạo ra bằng cách đốt khí tự nhiên, propan hoặc dầu. Không khí trong phòng được thổi qua bên ngoài buồng này. Nhiệt truyền qua kim loại vào không khí, sau đó được phân phối qua các ống dẫn. Khí đốt ở bên trong bộ trao đổi nhiệt, cuối cùng thoát ra ngoài trời. Chúng không bao giờ được trộn lẫn với không khí đi vào không gian sống.
Trong máy điều hòa không khí và máy bơm nhiệt, bộ trao đổi nhiệt thường được gọi là cuộn dây: cuộn dây bay hơi trong nhà và cuộn dây ngưng tụ ngoài trời. Cả hai đều là bộ trao đổi nhiệt giữa chất làm lạnh và không khí. Chất làm lạnh chảy bên trong ống đồng hoặc nhôm và không khí đi qua các bề mặt có vây ở bên ngoài để cải thiện khả năng truyền nhiệt.
Ở chế độ làm mát, cuộn dây trong nhà sẽ hấp thụ nhiệt từ không khí trong nhà (đóng vai trò là thiết bị bay hơi) và cuộn dây ngoài trời sẽ thải nhiệt ra bên ngoài (đóng vai trò là thiết bị ngưng tụ). Ở chế độ sưởi ấm của bơm nhiệt, vai trò sẽ đảo ngược. Vật lý khác với lò đốt, nhưng khái niệm thì giống nhau: truyền nhiệt qua một tấm chắn rắn mà không trộn lẫn chất lỏng.
Nồi hơi sử dụng bộ trao đổi nhiệt để truyền nhiệt từ khí đốt sang nước. Nước nóng hoặc hơi nước đó sau đó được lưu thông đến bộ tản nhiệt, cuộn dây quạt hoặc ống đặt dưới sàn. Trong một số hệ thống, một bộ trao đổi nhiệt bổ sung sẽ tách nước lò hơi khỏi nước nóng sinh hoạt hoặc khỏi vòng hydronic thứ cấp, cải thiện độ an toàn và kiểm soát ăn mòn.
Thiết bị HVAC sử dụng một số thiết kế trao đổi nhiệt, mỗi thiết kế được tối ưu hóa về hiệu quả, kích thước, chi phí và dễ dàng vệ sinh. Thiết kế ảnh hưởng đến hiệu suất, nhu cầu bảo trì cũng như cách lắp đặt và thông gió của hệ thống.
| Loại trao đổi nhiệt | Sử dụng HVAC điển hình | Đặc điểm chính |
| Tế bào hình ống/hình ống | Lò đốt gas và dầu, nồi hơi | Ống tròn hoặc hình bầu dục; mạnh mẽ, xử lý nhiệt độ và áp suất cao |
| Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm | Nồi hơi, DHW, vòng lặp hydronic, HRV/ERV | Các tấm mỏng xếp chồng lên nhau với các kênh xen kẽ, nhỏ gọn và hiệu quả |
| Cuộn ống có vây | AC và cuộn dây bơm nhiệt, cuộn dây quạt | Chất làm lạnh hoặc nước bên trong ống, lá kim loại bên ngoài để tăng diện tích bề mặt |
| Lõi dòng chảy chéo / ngược dòng | Máy thở thu hồi nhiệt (HRV) và máy thở thu hồi năng lượng (ERV) | Hai luồng không khí giao nhau hoặc di chuyển ngược chiều nhau; thu hồi nhiệt thải để ổn định trước không khí đi vào |
Các lò đốt gas hiệu suất cao hiện đại thường sử dụng cả bộ trao đổi nhiệt sơ cấp và thứ cấp để thu được nhiều nhiệt hơn từ quá trình đốt cháy. Thiết kế này ảnh hưởng đáng kể đến xếp hạng AFUE và cách thông hơi của lò.
Bởi vì các bộ trao đổi nhiệt thứ cấp xử lý chất ngưng tụ ăn mòn nên chúng thường được làm từ thép không gỉ hoặc các vật liệu chống ăn mòn khác và phải được thoát nước cẩn thận để tránh hư hỏng.
Trong thiết bị HVAC dựa trên quá trình đốt cháy, bộ trao đổi nhiệt vừa là rào cản an toàn vừa là một bộ phận hiệu suất. Tình trạng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến nguy cơ carbon monoxide, lãng phí nhiên liệu và sự thoải mái. Trong hệ thống làm mát và bơm nhiệt, độ sạch và tính toàn vẹn của cuộn dây ảnh hưởng mạnh mẽ đến việc sử dụng năng lượng và độ tin cậy.
Mối lo ngại lớn nhất về an toàn trong lò nung và nồi hơi là bộ trao đổi nhiệt bị nứt hoặc bị ăn mòn. Khi bức tường kim loại bị tổn hại, khí đốt có thể thoát vào luồng không khí hoặc phòng cơ khí. Điều đó có thể đưa carbon monoxide (CO), oxit nitơ (NOx) và các sản phẩm phụ khác vào không gian bị chiếm dụng. Vì CO không mùi và có thể gây chết người ở nồng độ cao nên việc duy trì bộ trao đổi nhiệt hoạt động tốt là rất quan trọng.
Thiết kế và tình trạng của bộ trao đổi nhiệt quyết định mức độ hiệu quả của hệ thống HVAC biến năng lượng thành hệ thống sưởi hoặc làm mát có thể sử dụng được. Một bộ trao đổi nhiệt sạch sẽ, được thiết kế tốt sẽ truyền nhiều nhiệt hơn với ít chênh lệch nhiệt độ hơn và ít công suất quạt hoặc bơm hơn. Bộ trao đổi nhiệt bị bẩn, bị đóng cặn hoặc bị tắc một phần đòi hỏi thời gian chạy lâu hơn và mức sử dụng năng lượng cao hơn để đạt được cùng điều kiện trong phòng.
Ví dụ, lò đốt khí ngưng tụ sử dụng bộ trao đổi nhiệt thứ cấp để đạt hiệu suất 90–98% bằng cách kéo thêm nhiệt ra khỏi khí thải và ngưng tụ hơi nước. Tương tự, nồi hơi và thiết bị làm lạnh hiệu suất cao thường sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng tấm tiên tiến để giảm thiểu chênh lệch nhiệt độ giữa các chất lỏng, cải thiện hiệu suất theo mùa.
Vật liệu và hình dạng của bộ trao đổi nhiệt được lựa chọn cẩn thận để cân bằng khả năng truyền nhiệt, chống ăn mòn, độ bền cơ học và chi phí. Trong HVAC, các lựa chọn phổ biến bao gồm các loại thép, nhôm và hợp kim đồng khác nhau, mỗi loại phù hợp với chất lỏng và điều kiện vận hành cụ thể.
| Chất liệu | Ứng dụng HVAC điển hình | Ưu điểm |
| Thép cacbon | Bộ trao đổi nhiệt lò và nồi hơi cũ hơn hoặc hiệu suất tiêu chuẩn | Mạnh mẽ, giá thành tương đối thấp, chịu được nhiệt độ cao khi được giữ khô |
| Thép không gỉ | Lò ngưng tụ, nồi hơi ngưng tụ, thiết bị trao đổi thứ cấp | Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong môi trường ngưng tụ ẩm, có tính axit |
| Ống đồng có vây nhôm | AC và cuộn dây bơm nhiệt, cuộn dây quạt, some hydronic coils | Độ dẫn nhiệt cao, khả năng định hình tốt, được sử dụng và hiểu biết rộng rãi |
| Nhôm | Một số cuộn dây và lõi HRV/ERV, một số bộ trao đổi lò nhất định | Nhẹ, truyền nhiệt tốt, chống ăn mòn trong nhiều môi trường |
Các nhà thiết kế cũng xem xét vận tốc chất lỏng, khả năng tắc nghẽn, dễ tiếp cận để làm sạch và giảm áp suất. Trong các ứng dụng HVAC trong thế giới thực, bộ trao đổi nhiệt “tốt nhất” không chỉ là bộ trao đổi nhiệt hiệu quả nhất; nó phải hoạt động đáng tin cậy trong nhiều mùa trong các điều kiện khác nhau, với việc bảo trì mà chủ sở hữu tòa nhà có thể thực hiện một cách thực tế.
Bộ trao đổi nhiệt hoạt động trong môi trường nhiệt và hóa chất khắc nghiệt. Theo thời gian, chúng có thể phát triển các vấn đề ảnh hưởng đến sự an toàn, sự thoải mái và chi phí vận hành. Nhận biết các vấn đề điển hình giúp giải thích nhiều triệu chứng phổ biến của HVAC, từ hệ thống sưởi không đều đến hóa đơn năng lượng cao hoặc mất an toàn.
Trong lò nung và nồi hơi, các chu trình làm nóng và làm mát lặp đi lặp lại gây ra sự giãn nở và co lại của kim loại. Kết hợp với việc tiếp xúc với độ ẩm và các sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy, điều này có thể dẫn đến rỉ sét, rỗ và cuối cùng là các vết nứt hoặc lỗ thủng. Các khu vực gần mối hàn, chỗ uốn cong và vùng nhiệt độ cao đặc biệt dễ bị tổn thương. Một khi kim loại bị tổn hại, thường phải thay thế bộ trao đổi nhiệt hoặc toàn bộ thiết bị.
Bất kỳ vật liệu nào phủ lên bề mặt truyền nhiệt sẽ làm giảm hiệu quả. Trên các bề mặt không khí như cuộn dây AC và bộ trao đổi nhiệt lò, bụi, lông vật nuôi và dầu mỡ có thể hình thành các lớp cách nhiệt làm giảm luồng không khí và truyền nhiệt. Trên bề mặt mặt nước trong nồi hơi và hệ thống hydronic, cặn khoáng, bùn và màng sinh học có thể tích tụ, đòi hỏi nhiệt độ nước hoặc công suất bơm cao hơn để mang lại sự thoải mái tương tự.
Ngay cả một bộ trao đổi nhiệt hoàn toàn sạch cũng sẽ hoạt động kém nếu luồng không khí hoặc chất lỏng bị sai. Các bộ lọc quá nhỏ hoặc bẩn, lưới cấp hoặc hồi lưu bị đóng, máy thổi bị hỏng hoặc máy bơm được đặt không chính xác đều có thể làm giảm lượng nhiệt truyền. Điều này có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt của bộ trao đổi nhiệt, kém thoải mái, khóa khó chịu và hỏng hóc sớm.
Vì bộ trao đổi nhiệt thường được chôn bên trong tủ thiết bị nên rất dễ bị bỏ quên cho đến khi xảy ra sự cố. Bảo trì thường xuyên giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của chúng, kiểm soát việc sử dụng năng lượng và giúp nắm bắt các vấn đề an toàn trước khi chúng trở nên nghiêm trọng.
Những người không chuyên vẫn có thể làm được nhiều việc để bảo vệ bộ trao đổi nhiệt thông qua những hành động đơn giản, nhất quán. Các bước này duy trì luồng không khí thích hợp và giảm tắc nghẽn, giúp giảm căng thẳng trên bề mặt truyền nhiệt và đầu đốt hoặc máy nén.
Một số công việc kiểm tra nhất định phải được thực hiện bởi các kỹ thuật viên đã qua đào tạo, đặc biệt là đối với thiết bị đốt. Các chuyên gia sử dụng các dụng cụ chuyên dụng và phương pháp kiểm tra để đánh giá tình trạng của bộ trao đổi nhiệt mà không thể nhìn thấy đầy đủ chỉ bằng một cái nhìn trực quan đơn giản.
Khi chọn lò nung, nồi hơi, máy điều hòa không khí hoặc bơm nhiệt mới, thiết kế bộ trao đổi nhiệt là yếu tố then chốt quyết định hiệu quả, tuổi thọ và khả năng sử dụng. Mặc dù bạn có thể không nhìn thấy trực tiếp bộ trao đổi nhiệt nhưng việc hiểu những thông tin cơ bản sẽ giúp bạn diễn giải các thông số kỹ thuật và đề xuất về trình cài đặt.
Việc lựa chọn thiết bị có thiết kế bộ trao đổi nhiệt chắc chắn, được hỗ trợ tốt sẽ giúp giảm nguy cơ hỏng hóc sớm và chi phí thay thế ngoài dự kiến. Giá trả trước cao hơn một chút thường được hoàn trả thông qua việc sử dụng ít nhiên liệu hoặc điện hơn và ít cuộc gọi dịch vụ hơn trong suốt thời gian sử dụng hệ thống.
Trong các hệ thống HVAC, bộ trao đổi nhiệt là cầu nối di chuyển nhiệt giữa khí đốt, chất làm lạnh, không khí và nước mà không trộn lẫn chúng. Nó có nhiệm vụ chuyển đổi nhiên liệu hoặc điện đầu vào thành hệ thống sưởi hoặc làm mát mà bạn cảm thấy, đồng thời bảo vệ người cư ngụ trong tòa nhà khỏi các sản phẩm đốt cháy nguy hiểm. Thiết kế, vật liệu, độ sạch sẽ và tình trạng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn, hóa đơn năng lượng và sự thoải mái.
Cho dù bạn là chủ nhà, người quản lý cơ sở hay kỹ thuật viên, việc hiểu bộ trao đổi nhiệt trong HVAC là gì và cách nó hoạt động trong các hệ thống thực sẽ giúp bạn dễ dàng phát hiện sớm sự cố hơn, lên kế hoạch nâng cấp một cách khôn ngoan và vận hành thiết bị theo cách an toàn hơn, hiệu quả hơn từ mùa này sang mùa khác.