Toàn quốc Các Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Phổ Biến trong Công Trình Xây Dựng

Trong bối cảnh ngành xây dựng ngày càng chú trọng đến hiệu quả năng lượng và sự bền vững, việc tối ưu hóa các hệ thống cơ điện trong tòa nhà trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Các công trình hiện đại không chỉ đòi hỏi sự tiện nghi và an toàn cho người sử dụng mà còn cần đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về tiêu thụ năng lượng và tác động môi trường. Điều này đặt ra thách thức lớn cho các kỹ sư thiết kế và nhà thầu Gia công bộ trao đổi nhiệt trong việc lựa chọn và tích hợp các giải pháp công nghệ tiên tiến. Một trong những giải pháp then chốt đóng vai trò trung tâm trong việc quản lý và tái sử dụng năng lượng nhiệt chính là thiết bị trao đổi nhiệt, hay còn gọi là heat exchanger.
Thế giới heat exchanger rất đa dạng, nhưng trong phạm vi các ứng dụng xây dựng dân dụng và công nghiệp, một số loại sau đây là phổ biến và đóng vai trò quan trọng nhất:

1. Thiết bị Trao Đổi Nhiệt Ống Chùm (Shell and Tube Heat Exchanger):

• Cấu tạo: Đây là một trong những loại lâu đời và được sử dụng rộng rãi nhất, đặc biệt trong công nghiệp nhưng cũng có mặt trong các hệ thống lớn của tòa nhà. Cấu tạo cơ bản gồm một vỏ hình trụ lớn (shell) bên ngoài, chứa bên trong một bó gồm nhiều ống nhỏ (tubes). Một môi chất chảy bên trong các ống, và môi chất còn lại chảy xung quanh bên ngoài các ống trong không gian vỏ. Bên trong vỏ thường có các tấm vách ngăn (baffles) được bố trí để hướng dòng chảy của môi chất bên ngoài ống theo một đường zíc-zắc, giúp tăng thời gian tiếp xúc và tạo dòng chảy rối, nâng cao hiệu quả truyền nhiệt.
• Nguyên lý: Nhiệt lượng được truyền qua thành ống giữa môi chất chảy bên trong ống và môi chất chảy bên ngoài vỏ. Có thể có nhiều lượt chảy (passes) của môi chất bên trong ống hoặc bên ngoài vỏ để tăng hiệu quả (ví dụ: 1-2 pass, 2-4 pass).
• Vật liệu: Thường chế tạo từ thép carbon, thép không gỉ, đồng, hợp kim niken, tùy thuộc vào tính chất ăn mòn và nhiệt độ của môi chất.
• Ứng dụng trong xây dựng: Thường được sử dụng trong các hệ thống sưởi hoặc làm lạnh trung tâm quy mô lớn (ví dụ: dùng làm thiết bị ngưng tụ hoặc bay hơi cho chiller lớn sử dụng môi chất phụ), các hệ thống nước nóng công nghiệp, trao đổi nhiệt cho bể bơi hoặc các ứng dụng cần chịu áp suất và nhiệt độ cao, yêu cầu độ bền cơ học lớn.
• Ưu điểm: Cấu tạo rất chắc chắn, chịu được áp suất và nhiệt độ làm việc cao, có thể xử lý được các môi chất bẩn hơn so với loại tấm bản. Với một số cấu hình đầu nối ống, việc vệ sinh phía trong ống khá thuận tiện.
• Nhược điểm: Kích thước cồng kềnh, hiệu quả truyền nhiệt trên một đơn vị thể tích không cao bằng loại tấm bản, việc vệ sinh không gian vỏ bên ngoài ống thường phức tạp hơn.

2. Thiết bị Trao Đổi Nhiệt Tấm Bản (Plate Heat Exchanger - PHE):

• Cấu tạo: Cực kỳ phổ biến trong các ứng dụng xây dựng hiện đại nhờ hiệu quả và sự nhỏ gọn. Bộ trao đổi nhiệt gồm nhiều tấm kim loại mỏng, thường làm bằng thép không gỉ hoặc titanium, được xếp chồng lên nhau. Bề mặt các tấm được dập các rãnh hoặc hoa văn đặc biệt nhằm tạo ra dòng chảy rối và tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt hiệu quả. Có hai loại chính:
  • Loại Gioăng Đệm (Gasketed Plate Heat Exchanger): Các tấm được giữ chặt trong một khung và ép bởi các bulông siết. Giữa các tấm có các gioăng cao su làm kín, tạo ra các kênh dẫn dòng cho hai môi chất chảy xen kẽ giữa các tấm.
  • Loại Hàn (Brazed Plate Heat Exchanger - BPHE): Các tấm kim loại được hàn đồng (brazed) hoặc niken ở các điểm tiếp xúc. Không có gioăng. Cấu trúc hàn tạo thành một khối liền, rất chắc chắn và gọn nhẹ.
• Nguyên lý: Hai môi chất chảy xen kẽ qua các kênh hẹp được tạo bởi các tấm. Nhiệt lượng truyền trực tiếp qua thành tấm kim loại mỏng ngăn cách chúng. Kiểu dòng chảy chủ yếu là ngược chiều để tối ưu hiệu quả.
• Vật liệu: Thép không gỉ (SS304, SS316 là phổ biến), Titanium (cho môi trường ăn mòn như nước biển), Nickel.
• Ứng dụng trong xây dựng: Rất đa dạng. Sử dụng rộng rãi trong hệ thống HVAC (làm mát, sưởi), đặc biệt là làm bộ trao đổi nhiệt phụ cho hệ thống nước lạnh/nóng. Ứng dụng phổ biến nhất có lẽ là làm bộ trao đổi nhiệt cho hệ thống nước nóng sinh hoạt (DHW) lấy nhiệt từ lò hơi hoặc năng lượng mặt trời. Cũng dùng trong hệ thống sưởi sàn, làm mát dầu thủy lực, làm mát máy móc công nghiệp nhỏ trong tòa nhà.
• Ưu điểm: Nhỏ gọn đáng kể so với ống chùm cho cùng công suất, hiệu suất trao đổi nhiệt cao (do diện tích bề mặt lớn và dòng chảy rối mạnh), dễ dàng tháo lắp để kiểm tra và vệ sinh (loại gioăng đệm), có thể mở rộng công suất bằng cách thêm tấm (loại gioăng đệm). Loại hàn rất nhỏ gọn, chịu áp suất cao hơn loại gioăng và bền bỉ hơn do không có gioăng.
• Nhược điểm: Áp suất và nhiệt độ làm việc tối đa thường thấp hơn loại ống chùm (đặc biệt loại gioăng đệm). Gioăng của loại gioăng đệm có thể bị lão hóa theo thời gian và cần thay thế. Loại hàn không thể tháo ra để vệ sinh bên trong một cách cơ học, khó xử lý khi bị tắc nghẽn bởi cặn bẩn.

3. Thiết bị Trao Đổi Nhiệt Ống Lồng Ống (Double Pipe Heat Exchanger):

• Cấu tạo: Đơn giản nhất, gồm hai ống đồng tâm với đường kính khác nhau. Một ống nhỏ nằm bên trong một ống lớn hơn. Một môi chất chảy trong ống bên trong, môi chất còn lại chảy trong không gian vành khuyên giữa hai ống.
• Nguyên lý: Nhiệt truyền qua thành ống bên trong. Thường được bố trí để hai dòng chảy ngược chiều nhau nhằm tối đa hóa chênh lệch nhiệt độ trung bình.
• Vật liệu: Thép, đồng, thép không gỉ.
• Ứng dụng trong xây dựng: Ít phổ biến cho các hệ thống HVAC lớn, thường được dùng trong các ứng dụng đặc thù với lưu lượng thấp, chênh lệch nhiệt độ giữa hai dòng lớn, hoặc khi cần xử lý các môi chất có độ nhớt cao hoặc có chứa hạt rắn nhỏ. Có thể dùng trong các hệ thống thu hồi nhiệt đơn giản hoặc làm mát một điểm cụ thể trong tòa nhà.
• Ưu điểm: Cấu tạo rất đơn giản, dễ chế tạo, chi phí ban đầu thấp, dễ dàng vệ sinh mặt trong của ống.
• Nhược điểm: Tốn khá nhiều không gian để đạt được công suất truyền nhiệt lớn so với loại tấm bản hoặc ống chùm.

4. Thiết bị Trao Đổi Nhiệt dạng Tấm-Cánh (Plate-Fin Heat Exchanger):

• Cấu tạo: Loại này đặc biệt hiệu quả khi ít nhất một trong hai môi chất là khí. Cấu tạo gồm các tấm kim loại phẳng xen kẽ với các "lá cánh" (fins) mỏng được hàn hoặc dán vào giữa các tấm. Các lá cánh này làm tăng đáng kể diện tích bề mặt tiếp xúc với môi chất (thường là khí), từ đó tăng hiệu quả truyền nhiệt. Vật liệu phổ biến là nhôm hoặc thép không gỉ.
• Nguyên lý: Nhiệt truyền từ môi chất nóng qua tấm phẳng, qua lá cánh và sang môi chất lạnh (hoặc ngược lại). Các lá cánh giúp "hút" nhiệt từ môi chất và truyền nhanh chóng qua bề mặt tấm.
• Ứng dụng trong xây dựng: Ứng dụng tiêu biểu và quan trọng nhất trong tòa nhà là trong các bộ Thu hồi Nhiệt (Heat Recovery Ventilator - HRV) và Thu hồi Năng lượng (Energy Recovery Ventilator - ERV) của hệ thống thông gió. Chúng được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa luồng khí thải ra và luồng khí tươi đưa vào, giúp giảm tải nhiệt đáng kể cho hệ thống xử lý không khí.
• Ưu điểm: Hiệu quả truyền nhiệt rất cao, đặc biệt đối với môi chất khí. Rất nhỏ gọn và nhẹ.
• Nhược điểm: Áp suất làm việc thường thấp. Dễ bị tắc nghẽn bởi bụi bẩn nếu không khí không được lọc sạch đúng cách. Có thể bị đóng băng trong điều kiện lạnh ẩm nếu không có cơ chế chống đóng băng.

Thiết bị trao đổi nhiệt là một thành phần công nghệ nền tảng, đóng vai trò không thể thiếu trong việc tối ưu hóa hiệu quả năng lượng và vận hành của các hệ thống trong công trình xây dựng hiện đại. Việc đa dạng hóa các loại thiết bị từ ống chùm mạnh mẽ, tấm bản nhỏ gọn hiệu quả, ống lồng ống đơn giản cho đến tấm-cánh chuyên dụng cho khí, cho phép các kỹ sư có thể lựa chọn giải pháp phù hợp nhất với từng yêu cầu cụ thể của dự án về công suất, nhiệt độ, áp suất, loại môi chất và không gian lắp đặt.
Tuy nhiên, việc lựa chọn và triển khai bộ trao đổi nhiệt không chỉ dừng lại ở việc hiểu các loại cơ bản. Ứng dụng của chúng trong các hệ thống thực tế và những lợi ích vượt trội về tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành là điều mà các chuyên gia xây dựng cần nắm rõ. Đây chính là nội dung mà chúng ta sẽ cùng Thiết bị trao đổi nhiệt VN | Gia công theo yêu cầu | Avil khám phá chi tiết các ứng dụng cụ thể và những giá trị kinh tế, kỹ thuật mà thiết bị mang lại cho các công trình.