Trong hệ thống HVAC hiện đại, việc cân bằng giữa tiết kiệm năng lượng, duy trì chất lượng không khí và giảm chi phí vận hành là yêu cầu then chốt. Một giải pháp ngày càng phổ biến chính là bánh xe thu hồi nhiệt (Heat Wheel / Thermal Wheel). Thiết bị này cho phép thu hồi nhiệt từ luồng khí thải và truyền lại cho luồng khí tươi, giúp giảm tải cho AHU, FCU và tối ưu hóa hiệu suất toàn bộ hệ thống.
Heat Wheel là gì?
Heat Wheel (Thermal Wheel | Heat Recovery Wheel) là thiết bị trao đổi nhiệt dạng quay, giúp thu hồi năng lượng từ dòng khí thải để làm mát (hoặc làm nóng) dòng khí cấp mới trước khi qua dàn xử lý chính trong hệ thống xử lý không khí trung tâm. Bánh xe này hoạt động bằng cách hấp thụ nhiệt và độ ẩm từ luồng khí thải, sau đó truyền lại cho luồng khí tươi trước khi được đưa vào không gian điều hòa.
Heat Wheel | Bánh xe nhiệt | Bánh xe thu hồi nhiệt là thiết bị quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm (AHU, FCU, HVAC). Nhiệm vụ chính của nó là thu hồi năng lượng nhiệt từ luồng khí thải để làm lạnh sơ bộ hoặc sưởi sơ bộ cho luồng khí tươi được cấp vào. Nhờ cơ chế trao đổi nhiệt này, hệ thống giúp tiết kiệm điện năng, giảm tải cho dàn coil lạnh và nâng cao hiệu suất vận hành.
Trên thực tế, Bánh xe thu hồi nhiệt (Heat recovery wheel) có thể đạt hiệu suất trao đổi nhiệt từ 70% – 90%, tùy theo điều kiện vận hành và chất lượng bảo trì.
Công dụng của bánh xe thu hồi nhiệt
Sử dụng bánh xe nhiệt mang lại lợi ích rõ rệt cho hệ thống điều hòa thông gió, bao gồm:
- Giảm tải cho coil lạnh AHU: Không khí ngoài trời được làm mát sơ bộ trước khi đi qua dàn lạnh.
- Tiết kiệm điện năng: Hạn chế công suất tiêu thụ của hệ thống điều hòa công nghiệp.
- Tối ưu chi phí đầu tư: Giảm công suất thiết bị lạnh ban đầu, kéo theo chi phí đầu tư thấp hơn.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Heat Wheel
Cấu tạo của Heat Wheel thường gồm 3 thành phần chính:
- Vỏ thiết bị: Bảo vệ hệ thống và tạo khung đỡ.
- Bánh xe trao đổi nhiệt: Thường làm bằng nhôm dạng tổ ong, có phủ lớp hút ẩm (silica gel) để hỗ trợ trao đổi nhiệt và độ ẩm.
- Bộ truyền động: Giúp bánh xe quay liên tục trong quá trình trao đổi nhiệt.
Lắp đặt bánh xe thu hồi nhiệt trong hệ thống điều hòa không khí
Hiện tượng vật lý chi phối hoạt động
- Dẫn nhiệt: Khi luồng khí ấm đi qua một phần bánh xe, nhiệt được truyền dẫn qua vật liệu (kim loại hoặc sợi tổng hợp) và lưu trữ tạm thời.
- Truyền nhiệt tiềm ẩn: Nếu luồng khí chứa hơi ẩm, bánh xe có thể hấp thụ hoặc giải phóng độ ẩm, giúp cân bằng ẩm trong không gian điều hòa.
Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả của thiết bị
- Tốc độ quay của bánh xe
- Vật liệu ma trận bánh xe (nhôm, sợi tổng hợp, vật liệu phủ hút ẩm)
- Diện tích bề mặt tiếp xúc và trao đổi nhiệt
Nguyên lý hoạt động
- Gió thải (nhiệt độ ~20–25°C) đi qua một nửa bánh xe.
- Gió tươi ngoài trời (30–37°C) đi qua nửa còn lại.
- Khi bánh xe quay (15–35 vòng/phút), nhiệt lượng từ gió thải được chuyển sang gió tươi, giúp giảm tải làm lạnh sơ bộ.
Kết quả: hệ thống vừa duy trì chất lượng không khí theo yêu cầu, vừa giảm chi phí sử dụng năng lượng.
Điều chỉnh và bảo dưỡng bánh xe thu hồi nhiệt
Để Heat Wheel đạt hiệu suất cao, cần chú ý:
- Điều chỉnh áp suất: Đảm bảo chênh lệch áp suất giữa phần khí cấp và khí thải trước khi vào bánh xe là ≥ 20 Pa để tránh nhiễm chéo (P11 < P22).
- Bảo dưỡng định kỳ: Làm sạch bề mặt tổ ong, kiểm tra lớp hút ẩm và hệ thống truyền động.
- Vận hành theo khí hậu vùng miền: Tùy điều kiện nóng ẩm hay khô lạnh, có thể điều chỉnh tốc độ quay của bánh xe để tối ưu công suất.
Thách thức và hạn chế
Mặc dù có nhiều lợi ích, thermal wheel cũng tồn tại một số điểm cần lưu ý như sau:
- Nguy cơ lây nhiễm chéo: Nếu không bảo dưỡng tốt, có thể xảy ra hiện tượng truyền mùi hoặc chất ô nhiễm từ khí thải sang khí nạp.
- Yêu cầu bảo trì: Cần vệ sinh và kiểm tra định kỳ để duy trì hiệu suất trao đổi nhiệt.
- Chi phí đầu tư ban đầu: Việc tích hợp thêm bánh xe nhiệt có thể làm tăng chi phí, dù về dài hạn thường được bù lại bằng tiết kiệm năng lượng.
Ứng dụng thực tế của Heat Wheel
- Tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại: Tăng hiệu quả tiết kiệm năng lượng.
- Nhà xưởng công nghiệp: Giúp giảm chi phí vận hành lớn trong hệ thống AHU.
- Bệnh viện, phòng thí nghiệm: Đảm bảo chất lượng không khí đồng thời tiết kiệm chi phí.
Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất thực phẩm, đồ uống
Các hoạt động sản xuất thực phẩm hoặc chiết rót đồ uống thường phát sinh lượng nhiệt lớn (do nấu, tiệt trùng, sấy, chiết, làm mát sản phẩm…) cần hệ thông gió mạnh để đảm bảo an toàn vệ sinh. Bánh xe thu hồi nhiệt được dùng để thu hồi nhiệt từ khí thải nóng ẩm (ví dụ từ khu vực nấu, lò nướng, thanh trùng) chuyển vào không khí tươi cấp vào, giúp giảm tải lạnh/sưởi đáng kể. Trong ngành bia rượu và nước giải khát, thiết bị này rất phổ biến, nhiều quá trình tỏa nhiệt và sinh CO₂ phải thông gió liên tục, bánh xe nhiệt giúp tận dụng nhiệt/lạnh thải để tiền xử lý khí tươi đưa vào.
Sản xuất Dược phẩm
Ngành dược đòi hỏi môi trường sản xuất sạch, kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ, độ ẩm và áp suất giữa các phòng để tránh nhiễm chéo. Thông thường, các nhà máy dược phải dùng 100% không khí tươi (không tuần hoàn khí hồi) cho khu vực sản xuất thuốc nhằm đảm bảo vô trùng và loại bỏ hơi dung môi, bụi hoạt chất. Điều này tạo gánh nặng năng lượng rất lớn cho HVAC. Bánh xe thu hồi nhiệt trở thành giải pháp hấp dẫn để thu hồi năng lượng từ dòng khí thải đã được xử lý qua hệ điều hòa.
Ngành điện tử và sản xuất linh kiện
Các nhà máy điện tử, bán dẫn, lắp ráp linh kiện công nghệ cao thường sử dụng phòng sạch (clean room) hoặc môi trường điều hòa 24/7 để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Những khu vực này cần lượng lớn khí tươi đã kiểm soát nhiệt ẩm để duy trì độ sạch và thải bỏ khí ô nhiễm (ví dụ hơi hóa chất trong sản xuất chip). Bánh xe thu hồi nhiệt là giải pháp phổ biến để tiền xử lý không khí tươi cho phòng sạch. Trên thực tế, phòng sạch trong sản xuất mạch in, chip điện tử nằm trong danh mục ứng dụng điển hình của bánh xe thu hồi nhiệt.
Các ngành khác
Nhu cầu ngày càng cao về công trình xanh, tiết kiệm năng lượng khiến thiết bị này trở nên phổ biến trong thiết kế HVAC hiện đại cho cả công nghiệp lẫn thương mại. Thậm chí, nhiều tiêu chuẩn xây dựng xanh và quy định nhà xưởng (LEED, ASHRAE 90.1, v.v.) khuyến khích hoặc yêu cầu sử dụng thiết bị thu hồi nhiệt khi lưu lượng gió tươi lớn tạo động lực cho các nhà máy đầu tư bánh xe nhiệt nhằm giảm phát thải và chi phí dài hạn.
Heat Wheel / Thermal Wheel (bánh xe thu hồi nhiệt) là thiết bị quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí hiện đại. Với khả năng thu hồi nhiệt và độ ẩm từ 70–90%, giúp doanh nghiệp giảm điện năng, tối ưu đầu tư và nâng cao hiệu suất vận hành. Tuy nhiên, để đạt hiệu quả tối đa, cần có hệ thống với thiết kế chuẩn, vận hành phù hợp và bảo dưỡng định kỳ.
CÔNG TY TNHH HECOSITE
