Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 26 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
26
Dung lượng
333,85 KB
Nội dung
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
ðẠI HỌC ðÀ NẴNG
&*&
VŨ ðỨC DUY
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁPTIẾTKIỆM
NĂNG LƯỢNG TRONG HỆTHỐNG ðIỀU
HÒA KHÔNGKHÍ-WATERCHILLER
Chuyên ngành: Tự ðộng Hóa
Mã số: 60.52.60
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ðà Nẵng – Năm 2013
Công trình ñược hoàn thành tại
ðẠI HỌC ðÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ðoàn Quang Vinh
Phản biện 1: …………………………………………………
Phản biện 2: …………………………………………………
Luận văn sẽ ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt
nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại ðà Nẵng vào ngày… tháng …
năm 2012
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin Học liệu – ðH ðà Nẵng.
- Trung tâm Học liệu – ðH ðà Nẵng.
1
HVTH: VŨ ðỨC DUY
MỞ ðẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI:
Trong một toà nhà, các thành phần sử dụng nănglượng bao
gồm: 40-60% nănglượng tiêu tốn cho hệthống ñiều hoàkhông khí,
hệ thống chiếu sáng chiếm khoảng 15-20%, các thiết bị văn phòng
chiếm 10-15%, phần còn lại dành cho các thiết bị phụ trợ khác. Như
vậy, hệthống HVAC là hệthống tiêu tốn nhiều nănglượng nhất
trong một tòa nhà.
Hiện nay, khi thiết kế hệthống HVAC, người ta chỉ quan
tâm làm sao ñạt ñược nhiệt ñộ ñiều hòa mong muốn, vấn ñề về năng
lượng sử dụng của hệ thống, chi phí duy trì trong quá trình vận hành
sau này thì vẫn chưa ñược thực sự quan tâm.
Hơn nữa, trong quá trình ñiều khiển hệ thống, phần lớn các
nghiên cứu chỉ tập trung vào ñối tượng ñiều khiển là nhiệt ñộ phòng
và sử dụng phương pháp ñiều khiển ON, OFF và phương pháp PID
thông thường ñể ñiều khiển nhiệt ñộ trong phòng ñến ñiểm cài ñặt
mong muốn. Với phương pháp On-Off, ñộ chính xác, chất lượng
ñiều khiển thấp. Với phương pháp ñiều khiển PID cổ ñiển, khi tham
số của quá trình ñiều khiển thay ñổi thì các thông số của bộ ñiều
khiển PID cần phải ñược tính toán cài ñặt lại và người dùng phải có
hiểu biết, kinh nghiệm tốt mới có thể tìm ñược các giá trị của các
tham số này, ñây là hạn chế của bộ ñiều khiển PID cổ ñiển. Thêm
vào ñó, việc sử dụng chỉ số nhiệt ñộ làm ñối tượng ñiều khiển chưa
thực sự chính xác và ñúng ñắn trong vấn ñề xem xét ñến sự tiện nghi
của môi trường trong nhà. ( nó còn liên quan ñến các yếu tố như vận
tốc gió, ñộ ẩm, nhiệt ñộ bức xạ…)
2
HVTH: VŨ ðỨC DUY
Chỉ số PMV ( Predicted mean vote ) và PPD (Percentage of
persons dissatisfied) là chỉ số ñánh giá sự thoải mái, tiện nghi về
nhiệt ñộ. Nó ñược xây dựng dựa trên mối quan hệ với các tham số :
nhiệt ñộ không khí, ñộ ẩm không khí, nhiệt ñộ bức xạ trung bình, vận
tốc gió tương ñối. ðây là tham số có mô hình toán học rất phức tạp
và cồng kềnh.
ðiều khiển Mờ ( Fuzzy control ) là phương pháp ñiều khiển
hiện ñại, ñược xây dựng dựa trên nguyên lý tư duy của con người.
Nó không cần ñến phương trình toán học mô tả ñối tượng ñiều khiển
và ñược xây dựng theo kinh nghiệm ñiều khiển của con người ( Kinh
nghiệm chuyên gia ).
Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến nănglượng sử
dụng của hệthống HVAC WaterChiller và nghiên cứu ứng dụng
một phương pháp ñiều khiển hiện ñại vào thực tiễn, cụ thể là ñiều
khiển chỉ số PMV bằng phương pháp ñiều khiển mờ là thực sự cần
thiết nhằm tiếtkiệmnănglượng sử dụng cho hệthống HVAC Water
Chiller.
ðó là lý do tôi chọn ñề tài :
“ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁPTIẾTKIỆMNĂNGLƯỢNG
TRONG HỆTHỐNG ðIỀU HÒAKHÔNGKHÍ – WATER
CHILLER”
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:
Tập trung nghiên cứu về các giải pháptiếtkiệmnănglượng
sử dụng tronghệthống HVAC WaterChiller và áp dụng vào hệ
thống ñiều hòakhôngkhíwaterchillertrong nhà ga hành khách sân
bay Quốc tế ðà nẵng.
3
HVTH: VŨ ðỨC DUY
ðề xuất ñược phương pháp ñiều khiển nhằm giảm thiểu năng
lượng sử dụng tronghệthống HVAC WaterChiller : sử dụng
phương pháp ñiều khiển Mờ ñể ñiều khiển hệthống HVAC.
3. ðỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
a. ðối tượng nghiên cứu:
ðề tài tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến năng
lượng sử dụng tronghệthống HVAC Water Chiller, ñể từ ñó ñưa ra
các giảipháp nhằm tiếtkiệmnăng lượng.
ðiều khiển chỉ số PMV của hệthống HVAC WaterChiller
bằng phương pháp ñiều khiển Mờ.
b. Phạm vi nghiên cứu:
Hệ thống ñiều hòa làm lạnh bằng nước waterchiller là công
nghệ mới ñã ñược phát triển rất mạnh bởi tính hiệu quả ứng dụng
rông rãi trong công nghiệp và dân dụng (Chiếm khoảng 60% thị phần
của hệthống ñiều hòakhôngkhí trên thế giới – theo khảo sát của tổ
chức BRE-UK). ðiểm mấu chốt ở ñây là hệthống gọn bảo ñảm ñược
các yêu cầu về thẩm mỹ và ñiều ñặc biệt của hệthống này là ứng
dụng rất tốt ñối với các toà nhà cao tầng.
Chính vì vậy, phạm vi của ñề tài này là tập trung nghiên cứu
các giải pháptiếtkiệmnănglượng sử dụng tronghệthống HVAC
Water Chiller.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Nghiên cứu các tài liệu liên quan nhằm tổng hợp các yếu tố
ảnh hưởng ñến nănglượng sử dụng của hệthống HVAC water
chiller từ giai ñoạn thiết kế, thi công lắp ñặt hệ thống, ñến giai ñoạn
vận hành sử dụng, bảo trì bảo dưỡng.
4
HVTH: VŨ ðỨC DUY
Xây dựng mô hình toán học về nănglượng sử dụng của hệ
thống HVAC Water Chiller.
Xây dựng phương pháp ñiều khiển mờ ñể ñiều khiển chỉ số
PMV của hệthống HVAC Water Chiller.
Kiểm chứng kết quả dựa vào mô phỏng trên Matlab
Simulink.
5. - Ý NGHĨA CỦA ðỀ TÀI:
Nếu ñề tài thực hiện thành công, nó sẽ góp phần ñem lại việc
tiết kiệmnănglượng cho hệthống HVAC nói riêng và nănglượng sử
dụng quốc gia nói chung. Chống lại tình trạng thiếu ñiện, suy giảm
nguồn nước và quá tải cho các nhà máy ñiện.
Việc tổng hợp ñược các phương pháp tiếtkiệmnănglượng
cho hệthống HVAC góp phần hỗ trợ ñắc lực cho lĩnh vực nghiên
cứu và phát triển hệthống HVAC.
6. BỐ CỤC ðỀ TÀI
MỞ ðẦU
Chương 1 – TỔNG QUAN.
Chương 2 – CÁCH TÍNH TOÁN NHIỆT.
Chương 3 – ÁP DỤNG THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ
THỐNG LẠNH CHO NHÀ GA HÀNH KHÁCH SÂN BAY ðÀ
NẴNG.
Chương 4 – SỬ DỤNG ðIỀU KHIỂN MỜ ðỂ ðIỀU
KHIỂN CHỈ SỐ PMV.
Chương 5 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
5
HVTH: VŨ ðỨC DUY
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1. KHÁI NIỆM HỆTHỐNG ðIỀU HÒAKHÔNGKHÍ
1.2. PHÂN LOẠI CÁC HỆTHỐNG ðIỀU HÒAKHÔNGKHÍ
1.2.1. Máy ñiều hoà cục bộ
1.2.2. Hệthống ñiều hoà tổ hợp gọn
1.3. NĂNGLƯỢNG SỬ DỤNG CỦA HỆTHỐNG ðIỀU HÒA
KHÔNG KHÍ
6
HVTH: VŨ ðỨC DUY
CHƯƠNG 2 - CÁCH TÍNH TOÁN NHIỆT
2.1. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT ẨM
2.1.1. Phương trình cân bằng nhiệt
2.1.2. Phương trình cân bằng ẩm
2.2. XÁC ðỊNH LƯỢNG NHIỆT THỪA Q
T
2.2.1. Nhiệt do máy móc thiết bị ñiện tỏa ra Q1
2.2.2. Nhiệt tỏa ra từ các nguồn sáng nhân tạo Q2
2.2.3. Nhiệt do người tỏa ra Q3
2.2.4. Nhiệt do sản phẩm mang vào Q4
2.2.5. Nhiệt tỏa ra từ bề mặt thiết bị nhiệt Q5
2.2.6. Nhiệt do bức xạ mặt trời vào phòng Q6
2.2.7. Nhiệt do lọt khôngkhí vào phòng Q7
2.2.8. Nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q
8
2.2.9. Tổng lượng nhiệt thừa QT
2.3. XÁC ðỊNH ẨM THỪA W
T
2.3.1. Lượng ẩm do người tỏa ra W
1
2.3.2. Lượng ẩm bay hơi từ các sản phẩm W
2
2.3.3. Lượng ẩm do bay hơi ñoạn nhiệt từ sàn ẩm W
3
2.3.4. Lượng ẩm do hơi nước nóng mang vào W
4
2.3.5. Lượng ẩm thừa W
T
7
HVTH: VŨ ðỨC DUY
CHƯƠNG 3 - ÁP DỤNG THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN
HỆ THỐNG LẠNH CHO NHÀ GA HÀNH
KHÁCH SÂN BAY ðÀ NẴNG
3.1. TÍNH TOÁN HỆTHỐNG LẠNH:
Hệ thống ñiều hoàkhôngkhí trung tâm nước: (hydraulic
central air conditioning system) WaterChiller (WC) : loại làm mát
bình ngưng bằng nước có tháp làm mát nước bình ngưng kèm theo
(Cooling Tower), Chiller máy nén là loại ly tâm (Centrifugal
compressor), sử dụng môi chất lạnh R134a (không phá huỷ tầng O
3
).
Nhiệt ñộ nước lạnh vào FCU là 7
0
C (entering water
temperature) . Hiệu nhiệt ñộ nước ra vào 5
0
C.
Tính toán năng suất lạnh ở ñây dung theo phương pháp
CARRIER
Q
0
=Q=Q
h
+Q
a
(3-1)
3.2. TÍNH NHIỆT HIỆN:
Q
h
= Q
hf
+ Q
hN
(3-2)
3.2.1. Tính Q
hf
(nhiệt hiện của phòng)
Q
hf
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
+ Q
5
+ Q
6
+Q
bs
(3-3)
3.2.2. Tính Q
hN
(nhiệt hiện do khôngkhí từ ngoài ñưa vào)
Q
hN
= Q
hN1
+ Q
hN2
(3-4)
3.2.3. Bảng tổng kết nhiệt hiện
Q
h
= Q
hf
+Q
hN
= 2992,14988 (kW)
8
HVTH: VŨ ðỨC DUY
3.3. TÍNH NHIỆT ẨN:
Q
a
= Q
af
+ Q
aN
(3-5)
3.3.1. Tính nhiệt ẩn từ phòng tỏa ra:
Q
af
= n
ñ
.n.q
a
(3-6)
3.3.2. Nhiệt ẩn của không khí:
Q
aN
= Q
aN1
+ Q
aN2
(3-7)
3.3.3. Bảng tổng kết nhiệt ẩn:
Q
a
=Q
af
+ Q
aN
= 1395,8808 (kW)
3.4. NĂNG SUẤT LẠNH CỦA TOÀN BỘ NHÀ GA:
Q
0
= Q
h
+ Q
a
= 2992,14988 + 1395,8808 = 4388,030676 (kW)
= 1247.308322 (Ton)
3.5. TÍNH TOÁN CHỌN MÁY:
3.5.1. Tính chọn máy waterchiller cho hệ thống:
Căn cứ vào bảng năng suất lạnh ở trên
Q
o
=4388,030676 (kW) = 1247.308322 (Ton)
Chọn 2 máy với năng suất làm lạnh của mỗi máy là 750Ton
3.5.2. Tính chọn tháp làm mát nước (cooling tower)(theo
catalog tháp giải nhiệt của ðài Loan ñược sử dụng ở
nước ta kí hiệu tháp LBCS và LBC
[...]... Vi t) < -3 .5 very cold Quá l nh HVTH: VŨ ð C DUY 13 -3 .5 ÷ -2 .6 cold R t l nh -2 .5 -1 .6 cool L nh -1 .5 ÷ -0 .6 slightly cool Hơi l nh -0 .5 ÷ 0.5 neutral (comfortable) D ch u 0.6 ÷ 1.5 slightly warm Hơi nóng 1.6 ÷ 2.5 warm Nóng 2.6 ÷ 3.5 hot R t nóng > 3.6 very hot Quá nóng 4.1.4 Mô hình toán h c: PMV = [0.35exp (-0 .042HM/AN) + 0.032] [ HM/AN( 1- ) – 0.35{43 - 0.061HM/AN( 1- η) – PW} –0.42{HM/AN( 1- ) – 58}... K T LU N CHƯƠNG 3: 3.7.1 Gi i pháp ti t ki m năng lư ng tronggiai ño n thi t k ki n trúc: Ph t i nhi t c a h th ng ðHKK ph thu c vào các y u t khí h u bên ngoài nhà, th i ñi m trong ngày, mùa trong năm Trong ñi u ki n khí h u nhi t ñ i nóng m c a Vi t Nam n u k t c u bao che không h p lý thì lư ng nhi t truy n t ngoài vào trong nhà làm tăng ñáng k t ng lư ng nhi t dư trong công trình Như v y, ñ gi... –0.42{HM/AN( 1- ) – 58} – 1.4x1 0-3 HM/AN(34-Ta) – 0.0017HM/AN(44-PW) –0.71σFcl{T4cl - T4mrt} – Fclhc(Tcl-Ta)] Tcl = 35.7−0.032.HM/AN ( 1- ) – 0.181xIcl[3.4x1 0-8 xFcl {(tcl+273)4 (tmrt+273)4 }+Fclhc(Tcl-Ta)] hc = 2.38(Tcl – Ta) 0.25 ( 4-1 ) khi V< 0.1 m/s hc = 12.1 V khi V> 0.1 m/s 4.2 XÂY D NG MÔ HÌNH TOÁN H C: 4.2.1 Mô hình toán h c nhi t ñ trong phòng: a Phương trình: Nhi t ñ bên trong phòng ñư c ñi u khi... thông qua rò khôngkhí (Qinf), thông gió (Qvent), gia nhi t bên trong (Qint), nhi t b sung (Qaux), macad(Ta - 273)/dt = Qcon + Qw + Qinf + Qvent + Qint ± Qaux ( 4-2 ) 10.dTa/dt = - 110.Ta + (72 + 405sinAW)(Tamb-Ta) – 100 – 100AC + 15(Ti +273) Hình 4-1 Mô hình nhi t ñ Ta 4.2.2 Nhi t ñ môi trư ng: Tamb = 30 – 10sin(0.261t + 1.11) 4.2.3 ð 0 C m tương ñ i: P: áp su t khí quy n = 101325 Pa Pws = exp( -5 800/Ta... gi i pháp thi t k , l a ch n thi t b , ñã nh hư ng l n ñ n năng lư ng s d ng c a h th ng ñi u hòakhôngkhí ð tài ñã th c hi n vi c l a ch n mô hình toán h c c a các ch s PMV, nhi t ñ trong phòng Ta Th c hi n thành công vi c ñi u khi n ch s ti n nghi v nhi t ñ PMV n m trong kho ng cho phép ñ ñem l i c m giác nhi t tho i mái cho ngư i s d ng và ti t ki m ñư c năng lư ng s d ng cho h th ng ñi u hòa không. .. HVTH: VŨ ð C DUY 21 Phương pháp gi i m ñư c l a ch n là phương pháp c c ñ i ( maxima – MOM) Phương pháp MOM xác ñ nh các giá tr thô như là tr trung bình c a giá tr mà t i ñó, hàm thu c có giá tr t i ña 4.3.4 K t qu ñ t ñư c: a Khikhông ñư c ñi u khi n Hình 4-5 Nhi t ñ Ta khikhông ñư c ñi u khi n Hình 4-6 Ch s PMV khikhông ñư c ñi u khi n b Khi ñư c ñi u khi n: T ñ ng Hình 4-7 Nhi t ñ Ta khi ñư c ñi... 1.3914 – 4.861 0-6 .Ta + 4.17641 0-5 .T2a – 1.41 0-8 .T3a + 6.5459log(Ta)) 4.2.4 PMV: Công th c toán h c: a Tính toán áp su t hơi Pw: Log10Pw = 8.14 – 1730.63/(233.426+Ta) HVTH: VŨ ð C DUY 15 b Tính Tcl: Tcl = 35.85 – 0.05x1 0-8 [(tcl+273)4 - (tmrt+273)4 ] – 0.06Ta Hình 4-2 Mô hình Tcl c PMV: PMV = = 0.05x[ 33.4 + 0.51Pw + 4.2ta – 3.74x1 0-8 (tcl+273)4 + 3.74x1 0-8 (tmrt+273)4 – 4.17tcl] Hình 4-3 Mô hình PMV... > 330C thì ch s PMV > 0.5 -Khi ñư c ñi u khi n: khi nhi t ñ môi trư ng n m trong kho ng t [23:40]0C, thì nhi t ñ trong phòng Ta ñư c ñi u khi n n m trong kho ng [25:30]0C, ñ ng th i, ch s PMV n m trong kho ng [-0 .5 : +0.5] ñáp ng yêu c u ñi u khi n - Ta th y, khi nhi t ñ môi trư ng Tamb > 30oC, ñ ch s PMV < +0.5 thì ta ch c n cung c p nhi t lư ng b sung AC sao cho nhi t ñ trong phòng Ta ñư c duy trì... nhi t ñ phòng n m trong kho ng 230C ñ n 240C Khi ñó, nhi t lư ng c n cung c p cho phòng là : AC = 50 ( QAC = 5000W) : Ta = 23.370C , PMV = -0 .8 AC = 45 ( QAC = 4500W) : Ta = 24.070C , PMV = -0 .66 Rõ ràng, vi c ñi u khi n b ng tay theo thói quen ngư i s d ng, thư ng ñem l i c m giác không tho i mái ( PMV < - 0.5) nhưng l i tiêu t n m t lư ng l n năng lư ng s d ng Nh n xét: -Khikhông ñư c ñi u khi... Gi i pháp ti t ki m năng lư ng trong vi c l a ch n gi i pháp thi t k : S d ng ph n m m Trace 700 c a hãng Train, ta tính ñư c năng lư ng s d ng c a hai phương án v i delta t = 50C và 70C như b ng 3-1 4 và 3-1 5 Hình sau th hi n so sánh : Hình 3-1 So sánh năng lư ng hai phương án thi t k Rõ ràng, t công th c: Q = G.Cp.Delta(t) Ta th y, v i Q và Cp không ñ i, khi ch n Delta t = 70C ( phương án 2) cao hơn . CỨU GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG
TRONG HỆ THỐNG ðIỀU HÒA KHÔNG KHÍ – WATER
CHILLER
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:
Tập trung nghiên cứu về các giải pháp tiết. CỨU GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM
NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ðIỀU
HÒA KHÔNG KHÍ - WATER CHILLER
Chuyên ngành: Tự ðộng Hóa
Mã số: 60.52.60
TÓM TẮT LUẬN