Chương 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Chất lượng nước trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm sử dụng thiết bị ngưng tụ giải nhiệt nước: Hệ thống điều hòa không khí kiểu làm lạnh bằng nước (water chiller) là hệ thống trong đó cụm máy lạnh không trực tiếp xử lý không khí mà làm lạnh nước đến khoảng 7℃. Sau đó nước được dẫn theo đường ống có bọc cách nhiệt đến các dàn trao đổi nhiệt gọi là các FCU và AHU để xử lý nhiệt ẩm không khí. Như vậy trong hệ thống này nước được sử dụng làm chất tải lạnh [5]. Hệ thống điều hòa không khí làm lạnh bằng nước được phân loại làm hai loại chính: Hệ thống water chiller giải nhiệt nước và hệ thống water chiller giải nhiệt gió.
Hệ thống water chiller giải nhiệt nước bao gồm các thiết bị chính sau: - Cụm máy lạnh chiller - Tháp giải nhiệt - Bơm nước giải nhiệt - Bơm nước lạnh tuần hoàn - Bình giãn nở và cấp nước bổ sung - Hệ thống xử lí nước - Các dàn lạnh FCU và AHU Đặc điểm của các thiết bị chính: - Cụm máy lạnh chiller là thiết bị quan trong nhất của hệ thống điều hòa làm lạnh nước. Bao gồm các thiết bị chính như sau: + Máy nén có 4 loại máy nén được sử dụng phổ biến là máy nén piston, máy nén xoắn ốc, máy nén trục vít và máy nén ly tâm. 22 Luan van + Bình ngưng tụ có nhiệm vụ giải nhiệt cho môi chất lạnh từ hơi ở áp suất cao nhiệt độ cao thành lỏng áp suất cao. + Bình bay hơi có nhiệm vụ làm lạnh nước thông thường từ 7-12 ℃.
+ Tủ điện điều khiển. - Bơm nước gồm có hệ bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt + Hệ bơm nước lạnh có nhiệm vụ vận chuyển nước lạnh đến các FCU, AHU để trao đổi nhiệt làm lạnh không gian phòng. + Hệ bơm nước giải nhiệt có nhiệm vụ vận chuyển nước nhiệt độ cao đến tháp giải nhiệt để làm mát nước và trở lại cụm máy lạnh chiller làm mát cho môi chất lạnh. - Bình dãn nở là bình chứa dùng để điều tiết sự dãn nở của nước trong hệ thống khi có sự thay đổi và nhiệt độ trong quá trình hệ thống dừng hay làm việc.
Bao gồm các loại chính là bình dãn nở kiểu hở và bình dãn nở kiểu kín. - Tháp giải nhiệt là thiết bị tận dụng sự bay hơi của nước vào không khí để làm mát cho nước giải nhiệt trong bình ngưng. - Dàn lạnh bao gồm FCU và AHU. + FCU là thiết bị có cấu tạo cơ bản gồm dàn ống đồng cánh nhôm và quạt gió.
Nước chuyển động trong ống, không khí thổi qua dàn ống đồng cánh nhôm sẽ trao đổi nhiệt hiện ẩm thành lạnh. Nhiệt lạnh đó sẽ được thổi trực tiếp hay theo ống gió vào phòng. + AHU là thiết bị trao đổi nhiệt có chức năng giống FCU nhưng ở AHU lưu lượng nước và gió trao đổi lớn hơn nhiều. * Một số khái niệm và thuật ngữ cơ bản của tháp giải nhiệt: - Hiệu nhiệt độ ướt (approach different) là hiệu nhiệt độ nước ra khỏi tháp và nhiệt độ ướt của không khí khi vào tháp [5].1) tw1 – là nhiệt độ nước ra khỏi tháp bằng nhiệt độ nước vào bình ngưng.
tư – nhiệt độ ướt của không khí vào tháp. 23 Luan van - Hiệu nhiệt độ nước vào ra (range different) là hiệu nhiệt độ nước vào và ra khỏi tháp [6]. Δtw = tw2 - tw1 = 5 0K (1.2) tw2 – là nhiệt độ nước vào tháp bằng nhiệt độ nước ra bình ngưng. - Nước xả (blowdown): Khi vận hành trong thời gian dài, do lượng nước bay hơi nên nồng độ tạp chất như độ cứng, cặn bẩn… tăng lên vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
Để bảo vệ bình ngưng không bị đóng cáu cặn và ăn mòn người ta phải xả bỏ một phần nước tuần hoàn để thay thế bằng một lượng nước mới hoàn toàn. - Nước bổ sung nước cấp (makeup water): nước bổ sung cho tháp từ nguồn nước sẵn có bù vào lượng nước bay hơi, nước xả và các tổn thất do rò rỉ hoặc cuốn mất theo gió… Thường lượng nước bổ sung nằm trong khoảng 2% lượng nước tuần hoàn - Lượng nước bay hơi: là lượng nước bay hơi vào không khí để thải nhiệt cho nước nhờ nhiệt ẩn hóa hơi. Nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở áp suất thường là r = 2258 KJ/kg [6]. - Cycles of concentration (COC) là một trong những thuật ngữ phổ biến được sử dụng trong mô tả hiệu quả sử dụng nước của hệ thống tháp giải nhiệt là COC.
COC đại diện cho mối quan hệ giữa lượng nước bổ sung và lượng xả. COC là giá trị dùng để đo tổng nồng độ các khoáng chất có trong tháp giải nhiệt tương ứng với tổng nồng độ các khoáng chất có sẵn trong nguồn nước bổ sung. COC càng cao, hiệu quả sử dụng nước càng lớn. tháp giải nhiệt hoạt động với hiệu quả cao nhất với COC từ 3 đến 10, trong đó 3 thể hiện hiệu quả có thể chấp nhận được và 10 là cho hiệu quả tốt nhất trong thang đo.
Nó đã được tìm thấy rằng phạm vi từ 5 đến 7 COC đại diện cho hiệu quả tốt nhất khi tính cả về mặt chi phí [7].3) B M: lượng nước cấp bổ sung (kg/s) B: lượng nước xả bỏ đi (kg/s) Để xác định COC, bạn phải biết hàm lượng khoáng chất của cả nước cấp bổ sung và nước xả. Ta phải xác định cả độ dẫn điện của nước tuần hoàn tháp giải nhiệt và độ dẫn điện 24 Luan van của nước cấp bổ sung. Mối quan hệ được thể hiện bằng phương trình này [7].4) M EC MEC: độ dẫn điện của lượng nước cấp bổ sung (kg/s). BEC: độ dẫn điện của lượng nước xả bỏ đi (kg/s).1 Vòng tuần hoàn nước của tháp giải nhiệt [7] 1.2 Khái niệm nước cứng 1.1 Nước cứng Nước cứng có tên tiếng anh là Hard Water - là loại nước có chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+.
Tổng hàm lượng hai ion trên sẽ quyết định tính chất của nước. Trong thực tế, nước có ít Ca và Mg thì độ cứng của nước sẽ thấp và ngược lại, nếu nước có nhiều Ca, Mg thì độ cứng của nước sẽ cao. Theo tiêu chuẩn của Bộ Y Tế thì độ cứng của nước cho phép phải nhỏ hơn 300 mg/lít. Nếu độ cứng trong nước vượt trên 100mg/ lít thì sẽ xuất hiện cáu cặn khi nước sôi.
Và đun nước sôi cũng là phương pháp giúp ta nhận biết nước cứng đơn giản nhất hiện nay. 25 Luan van Theo Tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước - TCVN 6198:1996 (ISO 6058:1984) [6] độ cứng của nước được xác định theo nồng độ Ca2+, Mg2+ có trong nước. Các hạn mức cơ bản là: Nước mềm: Độ cứng từ 0 - 60 mg/ l (miligam/ Lít). Nước cứng vừa phải: Độ cứng từ 61 - 120 mg/ l.
Nước cứng: Độ cứng từ 121 - 180 mg/ l. Nước rất cứng: Độ cứng > 180 mg/ l.2 Các loại nước cứng Nước cứng chứa nhiều cation hóa nên chúng ta có thể dựa theo nồng độ của các cation này để phân loại nước cứng thành 3 loại chính, đó là: nước cứng tạm thời, nước cứng vĩnh cửu và nước cứng toàn phần. Nước cứng tạm thời và cách làm mềm nước cứng tạm thời Nước cứng tạm thời là nước có chứa các ion: Ca2+, Mg2+, HCO3-. Nếu muốn làm mềm nước cứng tạm thời, có thể sử dụng phương pháp đun sôi nước nhằm phân hủy muối thành CO32-.
Nước cứng vĩnh cửu và cách làm mềm nước cứng vĩnh cửu Nước cứng vĩnh cửu là nước có chứa các ion: Ca2+, Mg2+, HCO3-, Cl-, SO42-. Nước cứng vĩnh cửu không thể làm mềm bằng phương pháp đung sôi như nước cứng tạm thời mà phải dùng các chất làm mềm nước cứng vĩnh cửu (phương pháp hóa học). Nước cứng toàn phần và cách làm mềm nước cứng toàn phần Nước cứng toàn phần là nước bao gồm cả 2 đặc tính của nước cứng vĩnh cửu và nước cứng tạm thời. Có nghĩa là nó sẽ bao gồm cả các muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 và MgCl2,.
Để làm mềm nước cứng toàn phần, ta có thể sử dụng tương tự những cách làm mềm nước cứng vĩnh cửu và nước cứng tạm thời ở bên trên nhé.3 Tác hại của nước cứng trong công nghiệp - Ảnh hưởng đến các thiết bị lò hơi, nồi hơi, tháp giải nhiệt 26 Luan van Hình 1.2 Ảnh hưởng của nước cứng đến lò hơi, nồi hơi trong công nghiệp [8] Trong nồi hơi, tháp giải nhiệt, nước được sử dụng để làm môi trường truyền nhiệt. Nếu sử dụng nước cứng, nó sẽ ăn mòn tháp giải nhiệt, tạo ra cáu cặn trong nồi hơi, đường ống khiến nước bị tắc. Điều này làm tăng áp suất trong nồi, đường ống lên cao, có khả năng cháy nổ. Ngoài ra, cáu cặn trong nồi hơi còn làm giảm hiệu suất hoạt động, tiêu hao nhiều điện năng dẫn đến tình trạng lãng phí.
Đặc biệt, nước cứng còn làm giảm tuổi thọ của các thiết bị. - Làm mềm nước cứng và cách xử lý nước cứng hiệu quả Trước khi làm mềm nước cứng vĩnh cửu hay nước cứng tạm thời, chúng ta cần hiểu rõ nguyên tắc làm mềm nước cứng. Nguyên tắc rất đơn giản đó là giảm nồng độ các cation Ca2+ và Mg2+ trong nước cứng. - Xử lý nước cứng bằng cách trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion được sử dụng chủ yếu cho nguồn nước sinh hoạt.
Chúng hoạt động bằng cách loại bỏ các ion Canxi và Magie ra khỏi nước và thay thế chúng bằng các ion như Natri hoặc Kali bao phủ bởi các hạt nhựa trao đổi ion. Hệ thống cần được vệ sinh khoảng một lần một tuần để thay thế các ion làm mềm nước đã được sử dụng và loại bỏ các ion trong nước cứng đã thay thế. Ngoài ra, chất làm mềm nước cứng này cũng có khả năng loại bỏ sắt hòa tan trong nước ra khỏi nguồn nước. Chính vì thế, phương pháp xử 27 Luan van lý nước cứng bằng hạt nhựa ion là cách làm mềm nước cứng được dùng phổ biến nhất vì có giá thành rẻ từ chi phí đầu tư đến chi phí vận hành.
- Làm mềm nước cứng nhờ đun sôi nước (phương pháp nhiệt) Phương pháp này chỉ thích hợp cho hộ gia đình, còn công ty, xí nghiệp thì có những phương pháp làm mềm nước cứng phù hợp hơn. Khi đun sôi, ta nên cho nước sôi khoảng vài phút để đảm bảo các chất gây hại bị phân hủy, nhất là Mg và Ca. Sau đó, dùng phương pháp lắng để loại bỏ cáu cặn và lấy nước sạch. Khi nước sôi, ta chỉ cần để yên vài phút là cáu cặn trong nước lắng xuống.