Phân loại sơ đồ hệ thống lạnh: theo cấp nén, môi chất lạnh,…

Sơ đồ hệ thống lạnh có thể phân loại theo nhiều đặc điểm khác nhau như

Theo năng suất lạnh

Theo năng suất lạnh của hệ thống có thể phân ra một cách tương đối hệ thống lạnh nhỏ, trung bình và lớn.

Theo quy cách sản phẩm

Theo quy cách sản phẩm, phương pháp lắp ráp có thể phân ra dạng tổ hợp (tổ ngưng tụ, tổ bay hơi, máy nguyên cụm…).

Theo phương thức làm lạnh

Theo phương thức làm lạnh sản phẩm có thể phân ra hệ thống lạnh trực tiếp và gián tiếp.

• Làm lạnh buồng trực tiếp là làm lạnh buồng bằng dàn bay hơi đặt trong buồng lạnh, môi chất lạnh lỏng sôi thu nhiệt của môi trường buồng lạnh. Dàn bay hơi có thể là các loại dàn đối lưu không khí tự nhiên hoặc cưỡng bức bằng quạt gió.
• Làm lạnh buồng gián tiếp là làm lạnh buồng bằng các dàn nước muối lạnh. Thiết bị bay hơi đật ngoài buồng lạnh. Môi chất lạnh lỏng sôi để làm lạnh nước muối. Nước muối lạnh được một bơm tuần hoàn bơm đến các dàn lạnh. Sau khi trao đổi nhiệt với không khí trong buồng lạnh, nước muối nóng lên sẽ được đưa trở lại thiết bị bay hơi để làm lạnh xuống đến trạng thái ban đầu. Các dàn nước muối bố trí trong buồng cũng có loại đối lưu không khí tự nhiên và đối lưu không khí cưỡng bức.

Theo môi chất

Theo môi chất có thể phân ra hệ thống lạnh môi chất freon và amoniac. 

Do khác nhau cơ bản về tính chất nhiệt lạnh nên các hệ thống lạnh freon thường làm việc theo các chu kỳ hồi nhiệt, cấp lỏng bằng van tiết lưu nhiệt theo độ quá nhiệt cả 1 và 2 cấp nén, còn các máy lạnh amoniac luôn luôn phải có bình tách lỏng để đảm bảo hơi hút về máy nén là hơi bão hoà, đảm bảo nhiệt độ cuối tầm nén thấp.

Cũng do freon là môi chất đắt tiền lại gây ô nhiễm môi trường (phá huỷ tầng ozon và gây hiệu ứng lồng kính) nên các hệ thống lạnh freon lớn thường là loại gián tiếp.

Mỗi chất chỉ tuần hoàn từ bình bay hơi làm lạnh nước hoặc nước muối, quay về máy nén và được nén vào thiết bị ngưng tụ nên dễ kiểm soát rò rỉ. Các hệ thống lạnh freon gián tiếp vì thế thường được chế tạo thành một tổ hợp hoàn chỉnh, chỉ cần đấu điện, nối với nguồn nước làm mát và hệ thống chất tải lạnh là có thể hoạt động được ngay. 

Ngay cả các hệ thống lạnh freon trực tiếp cũng hay được chế tạo thành tổ hợp hoàn chính để lắp đặt qua vách hoặc trần buồng lạnh giống như máy điều hoà nhiệt độ cửa sổ. Khi đó chỉ cần cắm điện là máy sẵn sàng hoạt động.

Ngược lại mỗi chất NH₃ là loại rẻ tiền, dễ kiếm nên phạm vi ứng dụng cho các hệ thống lớn là rộng rãi và đa dạng hơn rất nhiều, từ các tổ hợp hoàn chỉnh để làm lạnh chất tải lạnh (kiểu gián tiếp) hoặc làm lạnh trực tiếp buồng đến các hệ thống lạnh với hàng trăm dàn bay hơi trực tiếp cho các kho lạnh một hoặc nhiều tầng.

Theo phương pháp cấp lỏng

Theo phương pháp cấp lỏng cho dàn bay hơi chia ra loại có bơm và không bơm. 

• Hệ thống có bơm là hệ thống tuần hoàn mới chất lạnh qua dàn bay hơi nhờ bơm môi chất lỏng. Tỉ số giữa lượng lỏng cấp trên lượng lỏng bay hơi được gọi là hệ số tuần hoàn. Ví dụ, lưu lượng bơm là 1000 l/h, lượng bay hơi là 400 l/h, vậy hệ số tuần hoàn n = m/m, = 1000/400 = 2,5.
• Hệ thống không bơm là hệ thống cấp lỏng do dàn bay hơi nhờ vào hiệu áp suất ngưng tụ và bay hơi. Hệ thống không bơm lại được chia ra hệ cấp trực tiếp cho các dàn nhờ hiệu áp và hệ cấp gián tiếp qua cột lỏng trong bình tách lỏng đặt trên cao.

Theo phương pháp cấp lỏng còn chia ra hệ thống cấp lỏng từ trên xuống và từ dưới lên. Tùy từng trường hợp cụ thể người ta có thể chọn phương pháp cấp trên xuống hay dưới lên để đạt hiệu quả trao đổi nhiệt cao cũng như đặc điểm vận hành của hệ thống.

Theo phương pháp phá băng dàn lạnh

Theo phương pháp phá băng dàn lạnh chia ra hệ thống phá băng bằng điện trở, phá bằng bằng dàn phun nước hoặc phá băng bằng hơi nóng.

• Phá băng bằng điện trở là phá băng nhờ nhiệt phát ra từ dây điện trở bố trí dọc theo các dàn ống xoắn và khay hứng nước ngưng, khi tách dàn ra khỏi hệ thống lạnh nhờ đóng các van tương ứng.
• Phá băng bằng dàn phun nước là tiến hành phá băng nhờ một ống phun đặt phía trên dàn bay hơi. Nước có nhiệt độ môi trường (20 – 30°C) được dùng để làm tan băng đóng trên dàn và trên khay. Khi dùng phương pháp này cần lưu ý để ống phun không bị đóng băng bịt kín các lỗ phun.
• Phá băng bằng hơi nóng là sử dụng hơi nóng ra từ đầu máy nén để phá băng trên dàn bay hơi. Khi sử dụng phương pháp này cần phải có thiết bị xử lý lỏng thoát ra từ dàn bay hơi. 

Theo độ cao của bình tách lỏng

Theo độ cao của bình tách lỏng so với dàn lạnh có thể phân ra hệ thống lạnh với bình tách lỏng đặt trên cao và bình tách lỏng đặt dưới thấp. Các hệ thống này chủ yếu sử dụng cho mỗi chất amoniac.

Khi bình tách lỏng đặt trên cao

• Khi bình tách lỏng đặt trên cao, việc cung cấp lỏng cho các dàn là nhờ độ chênh cột lỏng. Lỏng cao áp được tiết lưu trực tiếp vào bình tách lỏng, từ đây lỏng được phân phối cho các dàn, hơi ẩm từ các dàn lại quay trở lại bình, lỏng được tách ra để quay trở lại dàn còn hơi được đưa về các máy nén. 
• Mức lỏng trong bình tách lỏng được khống chế nhờ rơle mức lỏng (van phao hạ áp, rơle kết hợp van điện từ đặt trên đường cấp lỏng…). Để đề phòng tải nhiệt bất thường ở dàn bay hơi, lỏng phun về quá nhiều có thể sử dụng rơle bảo vệ mức lỏng hoặc bình chứa dự phòng. 
• Trong trường hợp mức lỏng vượt mức cho phép rơle bảo vệ mức lỏng ngắt máy nén. Khi dùng bình chứa dự phòng, toàn bộ lỏng thừa sẽ tự động chảy xuống bình chứa dự phòng và lại được đưa về trạm tiết lưu hoặc bình chứa cao áp nhờ áp lực của hơi nóng.

Khi bình tách lỏng đặt dưới thấp

• Khi bình tách lỏng đặt dưới thấp, người ta sử dụng đồng thời với bình chứa dự phòng đặt phía dưới. Các dàn được cấp lỏng trực tiếp bằng van tiết lưu nhiệt. Nói chung hơi ra khỏi giàn không phải hơi ẩm mà là hơi quá nhiệt. 
• Bình tách lỏng ở đây chỉ để đề phòng các trường hợp tải nhiệt bất thường của dàn có phun kèm lỏng. Khi đó lỏng được tách ra và chảy xuống bình chứa dự phòng, còn hơi được hút về máy nén.

Theo cấp nén

Theo cấp nén có thể chia làm hệ thống lạnh 1 cấp nén, 2 cấp nén hoặc nhiều cấp nén. Số cấp nén phụ thuộc vào tỷ số nén π = P_k/P₀, loại môi chất sử dụng và kiểu loại máy nén. Người ta phải chuyển sang 2 cấp nén có làm mát trung gian vì 2 lý do chính là: 

• Nhiệt độ cuối tầm nén khi đó quá cao làm cháy dầu, hỏng chi tiết máy nén, giảm tuổi thọ và độ tin cậy máy nén.
• Hiệu suất thể tích giảm quá mức.

Vì hệ thống lạnh 1 cấp là đơn giản về thiết bị, đơn giản cả về vận hành, bảo dưỡng sửa chữa nên chỉ chuyển sang 2 cấp khi đã có tính toán tối ưu về mặt kinh tế và khi π bằng hoặc vượt các giá trị sau:

• Đối với máy lạnh NH₃, máy nén piston π ≥ 9
• Đối với máy lạnh freon, máy nén piston π ≥ 13
• Đối với máy lạnh NH₃, Freon máy nén trục vít π ≥ 20.

Ở đây chúng ta thấy rằng với cùng nhiệt độ ngưng tụ, nếu sử dụng Freon và máy nén trục vít thì tỉ số nén cho phép với máy lạnh 1 cấp cao hơn và tương ứng là nhiệt độ bay hơi đạt được thấp hơn. Chính vì vậy ở các tàu đánh cá, khi cần nhiệt độ đến -25°C thậm chí -30°C người ta vẫn sử dụng máy nén 1 cấp với máy nén trục vít để hệ thống đơn giản và gọn nhẹ.

Theo sự đa dạng về nhiệt độ bay hơi

Theo sự đa dạng về nhiệt độ bay hơi người ta có thể phân ra hệ thống 1 nhiệt độ bay hơi; hệ thống 2 hay nhiều nhiệt độ bay hơi. Trong các xí nghiệp chế biến thực phẩm, người ta cần nhiều nhiệt độ bay hơi khác nhau để duy trì nhiệt độ phòng lạnh 0°C, phòng bảo quản đồng -20°C, làm nước đá -10°C, phòng kết đông -40°C.

Nói chung với mỗi nhiệt độ bay hơi cần một (hoặc một cụm) máy nén. Tuy nhiên tùy từng trường hợp ứng dụng cụ thể có thể 1 máy nén phục vụ nhiều nhiệt độ bay hơi, ví dụ tủ lạnh.