Bộ trao đổi nhiệt trong hệ thống HVAC

1/ Bộ trao đổi nhiệt là gì?

Bộ trao đổi nhiệt chính xác như tên gọi của nó, là thiết bị để truyền (trao đổi) nhiệt hoặc nhiệt lượng. Bộ trao đổi nhiệt thường được cấu tạo với dung môi nóng để cung cấp nhiệt (sưởi) hoặc dung môi lạnh để làm mát.

Nguyên lý trao đổi nhiệt:

  • Môi chất có thể là chất lỏng hoặc chất khí
  • Nhiệt luôn trao đổi từ bên nóng sang bên lạnh.
  • Bắt buộc phải có sự chênh lệch nhiệt độ để trao đổi nhiệt.

2/ Nhiệt được trao đổi như thế nào?

Nhiệt được trao đổi qua 3 phương pháp sau:

  • Dẫn nhiệt
  • Đối lưu
  • Bức xạ

Hầu hết các bộ trao đổi nhiệt cho hệ thống HVAC được sử dụng cho phương pháp dẫn nhiệt và đối lưu. Trao đổi nhiệt bằng bức xạ có xảy ra trong thực tế nhưng chiếm một phần rất nhỏ.

a/ Dẫn nhiệt:

Hiện tượng dẫn nhiệt diễn ra khi hai vật liệu có nhiệt độ khác nhau chạm vào nhau. Ví du; chúng ta đặt 1 tách cà phê nóng lên bàn trong vài phút, sau đó lấy cốc ra, mặt bàn sẽ nóng lên một chút do sự trao đổi nhiệt xảy ra với cốc.

b/ Đối lưu:

Đối lưu xảy ra khi dung môi di chuyển và mang nhiệt đi. Điều này có thể xảy ra tự nhiên hoặc bằng lực cơ học như sử dụng quạt. Một ví dụ về điều này là khi bạn thổi vào một muỗng súp nóng để làm nguội chúng và không khí mang hơi nóng này đi.

c/ Bức xạ:

Bức xạ xảy ra khi một bề mặt phát ra sóng điện từ. Tất cả mọi thứ, bao gồm cả bạn phát ra một số bức xạ nhiệt. Bề mặt càng nóng thì bức xạ nhiệt sẽ phát ra càng nhiều. Ví dụ về điều này là: mặt trời – nhiệt từ mặt trời truyền đi khi sóng điện từ trong không gian và đến với chúng ta mà không có gì ở giữa.

d/ Môi chất:

Các môi chất được sử dụng trong hệ thống HVAC thường bao gồm nước, hơi nước, khí, chất làm lạnh hoặc dầu làm phương tiện truyền nhiệt. Bộ trao đổi nhiệt HVAC thường làm một trong hai việc, sưởi hoặc làm mát không khí/ nước. Một số được sử dụng để làm mát hoặc sưởi thiết bị vì lý do hiệu suất nhưng phần lớn được sử dụng điều hoà không khí/ nước.

3/ Các loại trao đổi nhiệt

Hầu hết các bộ trao đổi nhiệt theo một trong hai loại thiết kế. Một là kiểu cuộn, hai là thiết kế dạng tấm. Chúng ta hãy cùng xem những điều cơ bản về cách thức hoạt động của cả 2 loại này và sau đó xem cách chúng được áp dụng cho các bộ trao đổi nhiệt phổ biến trong hệ thống.

  • Cuộn trao đổi nhiệt – phiên bản đơn giản
    Bộ trao đổi nhiệt cuộn ở dạng đơn giản nhất của chúng sử dụng một hoặc nhiều ống chạy qua chạy lại nhiều lần. Các ống tách 2 chất lỏng – một chất lỏng chảy bên trong ống và một chất lỏng chảy ra bên ngoài.
    Hãy xem xét một ví dụ về hệ thống ống sưởi: Nhiệt được truyền từ chất lỏng bên trong ống vào thành ống thông qua sự đối lưu, sau đó nó dẫn qua thành ống sang phía bên kia và chất lỏng bên ngoài mang điều này đi qua sự đối lưu.
  • Tấm trao đổi nhiệt – phiên bản đơn giản
    Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm sử dụng các tấm kim loại mỏng để tách 2 chất lỏng. Các chất lỏng thường được chảy theo hướng ngược lại để cải thiện sự truyền nhiệt. Nhiệt của chất lỏng nóng nhất được truyền vào tường tấm và sau đó được dẫn qua phía bên kia. Chất lỏng khác, đang đi vào ở nhiệt độ thấp hơn, sau đó mang chất này đi qua sự đối lưu.
  • Dàn ống có cánh (Môi chất)
    Các ống có cánh thường được gọi đơn giản là một cuộn, ví dụ cuộn sưởi hoặc làm mát. Đây là những điều cực kỳ phổ biến, bạn sẽ tìm thấy những điều này trong các thiết bị xử lý không khí, hệ thống ống dẫn, thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tụ của hệ thống điều hoà không khí, ở mặt sau của tủ lạnh, trong rãnh máy sưởi và còn rất nhiều thiết bị khác.
    Ví dụ: Khi được sử dụng để sưởi không khí, sử dụng nước nóng. Nước nóng chảy vào bên trong ống và truyền năng lượng nhiệt của nó bằng đối lưu vào thành ống, có sự chênh lệch nhiệt độ giữa nước nóng và không khí để nhiệt truyền qua vách ống. Không khí thoát ra bên ngoài mang theo nhiệt mới được truyền.
    Các cánh thường được kết nối với đường ống, chúng nằm trực tiếp trên đường đi của luồng không khí và giúp tách nhiệt ra khỏi đường ống và đưa nó vào không khí vì cơ chế này hoạt động như một phần mở rộng ra toàn bộ bề mặt của đường ống. Diện tích bề mặt càng lớn thì càng nhiều chỗ hơn để truyền nhiệt.
  • Tấm trao đổi nhiệt
    Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được sử dụng trong các thiết bị không khí để trao đổi năng lượng nhiệt giữa các luồng khí nạp và khí thải mà không bị ẩm và không bị lẫn giữa 2 luồng. Bộ trao đổi nhiệt được làm từ các tấm kim loại mỏng thường bằng nhôm, với 2 chất lỏng có nhiệt độ khác nhau chảy theo các đường chéo đối diện. Thông thường không khí được sử dụng trong cả hai nhưng khí thải từ một thứ như động cơ CHP cũng có thể được sử dụng.
  • Máy sưởi
    Máy sưởi rảnh được lắp đặt xung quanh 1 toà nhà, thường dưới cửa sổ hoặc tường kính và rất phổ biến trong các toà nhà thương mại mới. Máy sưởi rãnh được lắp đặt dưới sàn và mục đích của chúng là giảm sự mất nhiệt qua lớp kính cũng như ngăn chặn sự ngưng tụ.
  • Lò sưởi điện – yếu tố cuộn mở.
    Các yếu tố cuộn nhiệt mở được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng ống dẫn, lò nung và đôi khi là cuộn quạt. Chúng hoạt động bằng cách sử dụng các cuộn tiếp xúc với kim loại có điện trở cao để sinh nhiệt. Các bộ trao đổi nhiệt này được đặt trực tiếp vào luồng không khí và khi không khí đi qua các cuộn, năng lượng nhiệt được truyền qua bằng đối lưu. Chúng cung cấp hệ thống sưởi đồng đều trên luồng không khí, mặc dù chúng chỉ được lắp đặt ở một nơi an toàn, cố định và không thể bị tiếp cận một cách dễ dàng.
  • Lò bay hơi
    Lò bay hơi thường được tìm thấy trong các toà nhà lớn và trung tâm thương mại nhỏ với hệ thống ống gió nhỏ. Bạn có thể tạo ra các phiên bản lớn hơn hoạt động theo các nguyên tắc tương tự nhưng dành cho các hệ thống lớn hơn, chủ yếu là AHU, trong các toà nhà thương mại lớn và vừa. Các cuộn bên trong một lò hơi hoạt động giống như một bộ trao đổi nhiệt ống cánh và sủ dụng môi chất lạnh với chất lạnh ở bên trong và ống gió ở bên ngoài. Không khí đi qua các ống truyền nhiệt thông qua các đối lưu cưỡng bức sau đó được truyền qua thành ống bằng cơ chế dẫn nhiệt, môi chất lạnh ở bên trong mang nhiệt này đi qua đối lưu cưỡng bức, môi chất lạnh sôi lên và bay đến máy nén.
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm
                                                        Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *