Các giải pháp tiết kiệm năng lượng (Sách tham khảo): Phần 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT SÁCH THAM KHẢO CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG NGUYỄN BÁ THÀNH LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng nguồn động lực cho hoạt động sản xuất đời sống xã hội Ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật, mức tiêu thụ lượng người ngày gia tăng Các nguồn lượng hóa thạch than đá, dầu khí, v.v, dần cạn kiệt Bên cạnh đó, việc sử dụng lượng truyền thống tạo khí thải điơxit cacbon, mêtan, bụi, v.v gây ô nhiễm môi trường, tạo nên hiệu ứng nhà kính nguyên nhân chủ yếu làm cho trái đất nóng lên Để đáp ứng nhu cầu lượng ngày cao, người mặt phải tăng cường nghiên cứu, khai thác, sử dụng nguồn lượng tái tạo lượng mặt trời, lượng gió, lượng sinh khối, v.v đồng thời phải sử dụng lượng tiết kiệm, hiệu Ở Việt Nam, Chính phủ Quyết định số 79/2006 QĐ-CP Chương trình mục tiêu quốc gia sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả; Thủ tướng phủ ký định số 1855/QĐ-TTg phê duyệt chiến lược phát triển lượng quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050; ngày 17/06/2010, Quốc hội ban hành luật Quy định sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Trong đề án Chương trình mục tiêu quốc gia sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả, Bộ Giáo dục Đào tạo chủ trì dự án đưa giáo dục sử dụng lượng tiết kiệm hiệu vào nhà trường với đề cương môn học Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nhằm đáp ứng nhu cầu tài liệu học tập cho sinh viên Khoa Điện – Điện tử Trường đại học Thủ Dầu Một, biên soạn sách: “Các Giải Pháp Tiết Kiệm Năng Lượng” Để thực sách này, tác giả dựa vào nguồn tài liệu chính: Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á - Chương trình Mơi trường Liên Hiệp Quốc UNEP, Tài liệu đào tạo người quản lý lượng – Bộ Công Thương tài liệu Trung tâm Tiết kiệm Năng lượng TP.HCM – EEC-HCM Tác giả xin chân thành cảm ơn tổ chức, quan phổ biến tài liệu hữu ích cho cộng động tác giả thu nhiều lợi ích qua việc học tài liệu quý giá Quyển sách có 11 chương, chương từ đến ThS Nguyễn Bá Thành biên soạn, phần lại ThS Nguyễn Phương Trà đảm trách Thực ra, tác giả cố gắng không tránh khỏi sai sót, kính mong nhận bổ khuyết, góp ý từ q thầy/cơ, anh/chị sinh viên để lần tái sau hoàn chỉnh Mọi đóng góp ý kiến xin liên hệ: ThS Nguyễn Bá Thành, Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại học Thủ Dầu Một, Số 06 Trần Văn Ơn, TP Thủ Dầu Một, Bình Dương Email: thanhnb@tdmu.edu.vn Tác giả MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan tiết kiệm lượng (TKNL) 1.1 Thực trạng nguồn lượng 1.2 Kiểm tốn lượng 17 1.3 Lợi ích TKNL 19 1.4 Giới thiệu Hệ thống quản lý lượng 19 Chương 2: Xây dựng triển khai Hệ thống quản lý lượng 25 2.1 Đánh giá thực trạng quản lý lượng cho doanh nghiệp 25 2.2 Thiết kế Hệ thống quản lý lượng 30 2.3 Xem xét lượng 33 2.4 Xác định đường sở lượng số hiệu suất lượng 37 2.5 Xây dựng mục tiêu kế hoạch thực 41 2.6 Đánh giá, lựa chọn giải pháp tiết kiệm lượng đánh giá hiệu 43 2.7 Tạo động lực, đào tạo tuyên truyền tiết kiệm lượng 45 2.8 Đánh giá nội hệ thống quản lý lượng 47 2.9 Dịch vụ tiết kiệm lượng nguồn tài 48 Chương 3: Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống điện 52 3.1 Giới thiệu chung 52 3.2 Hệ thống điện quản lý nhu cầu phụ tải điện 54 3.3 Sóng hài chế độ làm việc khơng đối xứng 62 3.4 Bù công suất phản kháng 67 3.5 Sử dụng hiệu tiết kiệm điện với máy biến áp 74 Chương 4: Các giải pháp tiết kiệm lượng động 78 4.1 Giới thiệu động điện 78 4.2 Nguyên lý hoạt động động không đồng 80 4.3 Đánh giá động điện 80 4.4 Các giải pháp tiết kiệm điện sử dụng động 83 Chương 5: Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống chiếu sáng 98 5.1 Yêu cầu chung hệ thống chiếu sáng 98 5.2 Giới thiệu loại đèn thường dùng 107 5.3 Các loại chấn lưu 109 5.4 Lựa chọn thiết bị chiếu sáng 111 5.5 Các giải pháp nâng cao hiệu chiếu sáng 114 Chương 6: Giới thiệu chung kỹ thuật lạnh điều hòa khơng khí 118 6.1 Giới thiệu chung 118 6.2 Các dạng điều hịa khơng khí làm lạnh 120 6.3 Các thông số hiệu lượng kỹ thuật lạnh điều hịa khơng khí 129 Chương 7: Giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống lạnh 138 7.1 Khái niệm phân loại kho lạnh 138 7.2 Phân loại giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống lạnh 140 7.3 Giải pháp tiết kiệm lượng cho tủ lạnh 140 7.4 Giải pháp tiết kiệm lượng cho kho lạnh 142 Chương 8: Giải pháp tiết kiệm lượng hệ thống điều hịa khơng khí 144 8.1 Khái niệm phân loại điều hịa khơng khí 144 8.2 Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống điều hịa khơng khí 155 Chương 9: Giải pháp tiết kiệm lượng hệ thống lò 158 9.1 Giới thiệu phân loại lò 158 9.2 Đánh giá lò 164 9.3 Các giải pháp sử dụng lượng hiệu cho lò 166 Chương 10: Giải pháp tiết kiệm lượng hệ thống bơm, quạt 174 10.1 Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống quạt 174 10.2 Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống bơm 184 Chương 11: Giải pháp tiết kiệm lượng hệ thống khí nén 189 11.1 Giới thiệu 189 11.2 Các loại máy nén 191 11.3 Đánh giá máy nén hệ thống khí nén 192 11.4 Đánh giá mức tổn thất phân phối hệ thống khí nén 194 11.5 Các giải pháp sử dụng lượng hiệu cho hệ thống khí nén 196 TÀI LIỆU THAM KHẢO 205 Chương TỔNG QUAN VỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Năng lượng phần địa cầu giúp cho nhân loại sống tồn Ngay từ thời cổ đại, người biết tận dụng điều diệu kỳ từ lượng để trì sống thường nhật Họ sử dụng lửa (nhiệt năng) từ củi để nấu ăn, sưởi ấm, xua đuổi thú rừng Năng lượng mặt trời tạo ánh sáng, làm khô quần áo, giúp cối phát triển, v.v Thực vật lại thức ăn hàng ngày số loài thú Và lượng trở thành lượng động vật Cứ thế, lượng truyền từ mắt xích sang mắt xích khác thơng qua chuỗi thức ăn Cơ thể người chuyển lượng từ thức ăn thành lượng thể để thực họat động hàng ngày Tóm lại, hoạt động diễn chung quanh nối kết lượng từ dạng sang dạng khác Vậy lượng gì? Câu trả lời “năng lượng tạo biến đổi” “năng lượng khả sinh công dạng vật chất tự nhiên” Ngày nay, xã hội phát triển tạo nhu cầu nguồn lượng lớn cho hoạt động sản xuất Một quốc gia không đủ nguồn lượng cản trở lớn phát triển cơng nghiệp kinh tế nước Năng lượng có vai trị then chốt phát triển xã hội loài người vậy, nhiên, việc thiếu hụt lượng xảy ra, tượng phổ biến khắp nơi giới Trong trình tìm giải pháp để cung ứng lượng cách tốt cho nhu cầu phát triển xã hội có nhiều cách tiếp cận khác nhau, tùy theo bước phát triển tư phía nhà cung cấp nhà sử dụng lượng Sử dụng lượng tiết kiệm giải pháp mà tất quốc gia thời đại ngày lựa chọn Tiết kiệm lượng (Energy savings), bảo tồn lượng (Energy conservation) hay hiệu lượng (Energy efficiency) thuật ngữ thường gặp tài liệu nay, cách gọi có khác chung ý nghĩa sử dụng lượng tiết kiệm, hiệu 1.1 Thực trạng nguồn lượng 1.1.1 Tổng quan sử dụng lượng giới Trong giai đoạn đầu phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt nước phát triển, việc phải làm tìm cách cân lượng Những kế hoạch đầu tư phát triển hệ thống cung cấp lượng ưu tiên, lượng phải “đi trước bước”, dẫn đến tỷ lệ so sánh mức tăng trưởng cung cấp lượng so với mức tăng trưởng thu nhập kinh tế quốc dân (GDP), hệ số đàn hồi lượng, luôn lớn hay chí Theo tính tốn nhà khoa học, ngày nhìn chung tồn cầu có khoảng 37% tổng mức cung cấp lượng sơ cấp chuyển hóa thành lượng hữu ích, 2/3 lượng bị mát trình chuyển hóa, sử dụng Khoảng 12 tỷ toe (tấn dầu tương đương) lượng sơ cấp khai thác vào năm 2010 (hình 1.1), cung cấp cho giới khoảng tỷ toe lượng tinh sơ cấp, có 4,5 tỷ (37%) trở thành lượng hữu ích sau q trình chuyển hóa thiết bị sử dụng lượng cuối Như vậy, khoảng 7,5 tỷ toe (tương đương 314*1012 GJ) bị hàng năm dạng nhiệt nhiệt độ thấp trung bình Nếu tốc độ kinh tế tồn cầu sớm hồi phục giữ mức 2,7%/năm, tốc độ tăng trưởng nhu cầu lượng trung bình tăng 1,7-1,9%/năm Điều có nghĩa vào năm 2020, nhu cầu lượng tăng so với năm cuối kỷ 20 từ 45-51% ( World Energy Assessment – IEA 2001) Với mức độ khai thác nay, nguồn lượng hóa thạch có khả cạn kiệt khoảng 100 năm tới, nguồn dầu cịn dùng 40 năm, khí đốt cịn khoảng 60 năm (bảng 1.1) Bảng 1.1 Tình hình khai thác lượng hóa thạch giới Dầu Khí tự nhiên Than đá Trữ lượng chứng minh (R) 1.258 tỷ thùng 185.02 tỷ m3 826 tỷ Khai thác hàng năm (P) 29,9 tỷ thùng 3,070 tỷ m3 7,08 tỷ 44.000 Thời gian khai thác (R/P) 41,4 năm 60,3 năm 117 năm 132 năm Uraniu m 5,47 triệu (Nguồn: BP Statistics- 2009; ECCJ – Energy Conservation Handbook 2009) Tiêu thụ lượng đóng góp từ 25-30% tổng phát thải khí CO2 hoạt động liên quan đến lượng nói chung, chiếm 19-22% tổng phát thải CO2 hoạt động người 10-12% góp vào tổng lượng khí nhà kính làm biến đổi khí hậu trái đất Người ta hy vọng khoảng 15 năm tới, hiệu suất lượng tăng thêm 25-35% nước phát triển 40% nước phát triển (World Energy Assessment 2001) Hình 1.1 Tổng cung cấp lượng toàn cầu (triệu dầu tương đương) 1971 – 2020 Hình 1.2 Mức tăng nhu cầu lượng giới Nguồn: Japan Energy Conservation Handbook 2011 1.1.2 Chiến lược chung phát triển lượng giới Hiệu suất lượng tiêu dẫn đường cho phát triển bền vững phạm vi tồn cầu Việc sử dụng vật liệu sản xuất tái sinh vật liệu giải pháp làm giảm cường độ lượng công nghiệp Sử dụng lượng với hiệu suất cao phần tách rời chiến lược hài hòa phát triển kinh tế, đảm bào an ninh lượng bảo vệ môi trường – chiến lược hài hịa 3E Những lợi ích hiệu suất lượng đem lại cho xã hội, cho môi trường, cho hiệu kinh tế đạt phụ thuộc vào mức độ cơng nghiệp hóa, tự động hóa, điện khí hóa, nguồn lực người sách lượng nước Tuy vậy, việc thực hóa sách bị chậm lại phân ngành, công nghệ, nhiều cản trở, thủ tục hành chính, khơng đồng luật pháp, việc nhận thức chưa đầy đủ xã hội, người đứng đầu tổ chức có lợi ích trực tiếp phải có trách nhiệm thực Các phủ cơng ty cần tìm kiếm biện pháp đổi nhằm hạn chế trở ngại để sử dụng lượng có hiệu So sánh tổng mức sử dụng lượng nhóm nước giới cho thấy, nước phát triển ngày chiếm tỉ trọng sử dụng lượng lớn hơn, tốc độ sử dụng lượng nhanh Trong nước thuộc nhóm OECD có mức tăng trưởng chậm ngày chiếm tỉ trọng nhỏ tổng mức sử dụng lượng tồn cầu (hình 1.3) 600 800 400 200 Hình 1.3 Tổng mức tiêu thụ lượng giới 1990-2040 (quadrillion Btu) (IEA) Những thay đổi cấu kinh tế nước phát triển nước phát triển, chuyển sang phương thức sản xuất tiêu thụ lượng với cường độ thấp góp phần làm chậm lại mức gia tăng nhu cầu lượng tính đầu người nước Điều thấy rõ xu hướng chuyển dịch nước thuộc khối OECD từ sau năm 2000, nước khối OECD nhu cầu tiêu thụ lượng đầu người tiếp tục tăng mạnh Tuy vậy, mức nhu cầu tiêu thụ lượng đầu người khối thấp, mức tăng mạnh ngồi khối OECD khơng làm tăng đột biến mức cung cấp lượng đầu người toàn cầu (Hình 1.4) Hình 6.4 Giản đồ chu trình làm lạnh bao gồm thay đổi áp suất (Cục sử dụng lượng hiệu quả, 2004) 6.2.1.2Các loại môi chất lạnh sử dụng hệ thống nén Có nhiều loại môi chất lạnh sử dụng hệ thống nén Nhiệt độ làm mát mong muốn định việc lựa chọn chất lỏng Các môi chất lạnh thường sử dụng tập hợp flocacbon clo hóa (CFCs, cịn gọi Freon): R-11, R-12, R-21, R22 R-502 Bảng 6.1 tóm tắt đặc tính chất làm lạnh bảng 6.2 mơ tả hiệu suất chúng Việc lựa chọn môi chất lạnh nhiệt độ làm mát mong muốn tải định việc lựa chọn máy nén, thiết kế bình ngưng, thiết bị bay thiết bị phụ trợ khác Các yếu tố khác độ phức tạp bảo trì, yêu cầu khoảng khơng, sẵn có yếu tố phụ trợ khác (nước, điện, v.v ) ảnh hưởng đến việc lựa chọn phận Bảng 6.1 Đặc tính chất làm lạnh thường sử dùng (theo Arora, C.P., 2000) 123 (*): Tại – 10oC; (**): Áp suất khí chuẩn (101,325 kPa) Bảng 6.2 Hiệu suất môi chất lạnh thường dùng (theo Arora, C.P., 2000) (*): Tại nhiệt độ bay -15oC nhiệt độ bình ngưng 30oC (**): COPcarnot = Hệ số công suất = Nhiệt độbay / (Nhiệt độ bn – Nhiệt độbh) 6.2.2 Hệ thống máy lạnh hấp thụ 6.2.2.1Mô tả Hệ thống làm lạnh hấp thụ bao gồm: - Bình hấp thụ: Hấp thụ mơi chất lạnh chất hấp thụ phù hợp, tạo dung dịch đậm đặc môi chất lạnh bình hấp thụ - Bơm: Bơm dung dịch đậm đặc tăng áp suất dung dịch lên tới áp suất bình ngưng - Máy phát: Chưng từ dung dịch đậm đặc, tạo dung dịch loãng đưa vào tuần hồn 124 Hình 6.5 Giản đồ hệ thống làm lạnh hấp thụ Thiết bị làm lạnh hấp thụ máy tạo nước lạnh cách sử dụng nhiệt hơi, nước nóng, khí, dầu, v.v Nước lạnh tạo dựa nguyên tắc dung dịch (tức môi chất lạnh, bốc nhiệt độ thấp) hấp thụ nhiệt từ xung quanh bốc Nước tinh khiết sử dụng làm môi chất lạnh dung dịch lithi bromua (LiBrH2O) sử dụng làm chất hấp thụ Nhiệt sử dụng cho hệ thống làm lạnh hấp thụ nhiệt thải trích từ q trình, từ phát diezen, v.v Trong trường hợp đó, hệ thống hấp thụ sử dụng điện cho máy bơm Tùy theo nhiệt độ u cầu chi phí điện, kinh tế tạo nhiệt/hơi để vận hành hệ thống hấp thụ Dưới mô tả khái niệm làm lạnh hấp thụ:  Thiết bị bay hơi: - Môi chất lạnh (nước) bay nhiệt độ khoảng 4oC điều kiện chân không 754 mm Hg thiết bị bay 125 - Nước lạnh qua ống trao đổi nhiệt thiết bị bay truyền nhiệt cho mơi chất lạnh hóa - Môi chất lạnh (hơi) lại chuyển thành chất lỏng, cịn nhiệt ẩn từ q trình bay làm mát nước lạnh (trong sơ đồ từ 12oC – 7oC) Nước lạnh sử dụng cho mục đích làm mát Môi chất lạnh Thiết bị bay Phụ tải lạnh 7oC Nước lạnh 12oC Hơi lạnh Hình 6.6 Mơ tả hoạt động thiết bị bay  Bình hấp thụ: Để trì bay hơi, mơi chất lạnh phải thải từ thiết bị bay cần cung cấp môi chất lạnh (nước) Hơi môi chất lạnh hấp thụ dung dịch lithi bromua, thuận tiện hấp thụ môi chất lạnh bình hấp thụ Nhiệt sinh từ trình hấp thụ liên tục loại bỏ khỏi hệ thống nước mát Quá trình hấp thụ trì độ chân không thiết bị bay Môi chất lạnh (nước) Dung dịch đặc 126 Thiết bị bay Thiết bị hấp thụ 7oC Nước mát Hơi nước 12oC Dung dịch lỗng Hình 6.7 Mơ tả hoạt động thiết bị hấp thụ  Máy phát áp suất cao: Máy tạo áp suất cao Hơi lạnh Dung dịch đặc Môi chất lạnh (nước) Thiết bị bay 7oC Nước mát Hơi nước 12oC Hình 6.8 Mơ tả hoạt động máy phát áp suất cao 127 - Vì dung dịch lithi bromua pha loãng, khả hấp thụ mơi chất lạnh giảm Để trì q trình hấp thụ, dung dịch lithi bromua pha lỗng cần đặc lại - Thiết bị làm lạnh hấp thụ lắp hệ thống cô đặc dung dịch, gọi máy phát Chất gia nhiệt hơi, nước nóng, khí dầu đóng vai trị dung dịch đặc - Dung dịch cô đặc đưa trở lại bình hấp thụ để tiếp tục hấp thụ lạnh  Bình ngưng: Để hồn tất chu trình làm lạnh, cần đảm bảo quy trình làm lạnh diễn liên tục, cần có hai chức sau: Cơ đặc hố lỏng mơi chất lạnh, tạo máy phát áp suất cao Cung cấp nước ngưng cho thiết bị bay làm môi chất lạnh (nước) Một bình ngưng lắp đặt phục vụ cho hai chức Hệ thống làm lạnh hấp thụ sử dụng nước Li-Br làm mơi chất lạnh có hệ số hiệu suất (COP) khoảng 0,65 – 0,70 cung cấp nước lạnh nhiệt độ 6,7oC với nhiệt độ nước làm mát 30oC Hiện có hệ thống cung cấp nước lạnh nhiệt độ 3oC Hệ thống dựa Amoniac hoạt động mức cao áp suất khí hoạt động nhiệt độ thấp (dưới 0oC) Hiện bình hấp thụ có sẵn với cơng suất khoảng 10 - 1500 Mặc dù chi phí ban đầu hệ thống hấp thụ cao hệ thống nén, chi phí vận hành rẻ nhiều nhiệt thải tận dụng 6.2.2.2Làm mát bay hệ thống làm lạnh hấp thụ Có nơi thay điều hồ khơng khí giúp đặt mức điều chỉnh độ ẩm lên tới 50% giúp người thoải mái cho trình hệ thống làm mát bay giúp tiết kiệm lượng rẻ nhiều Khái niệm đơn giản tương tự khái niệm tháp giản nhiệt Khơng khí đưa vào tiếp xúc chặt chẽ với nước để làm giảm nhiệt độ khơng khí xuống gần nhiệt độ bầu ướt Khơng khí mát sử dụng phục vụ cho người làm mát trình Nhược điểm hệ thống độ ẩm khơng khí cao Tuy nhiên, lại phương tiện làm mát vơ hiệu với chi phí thấp Những hệ thống thương mại 128 lớn thường dùng khối đệm cenluloza để phun nước Có thể điều chỉnh nhiệt độ cách điều chỉnh lưu lượng khí tốc độ luân chuyển khí Ứng dụng phương pháp làm mát bay đặc biệt thích hợp cho làm mát vùng khô hanh Nguyên tắc thực doanh nghiệp thuộc ngành dệt cho số trình định Hình 6.9 Giản đồ làm mát bay 6.3 Các số hiệu lượng kỹ thuật lạnh điều hịa khơng khí 6.3.1 COP ý nghĩa COP tiết kiệm lượng COP hệ số hiệu lượng (Coefficient of Performance) cho biết hiệu sử dụng lượng máy lạnh Hệ số COP cao tức hiệu sử dụng lượng cao hơn, lượng điện tiêu thụ tiết kiệm tiền COP tương đương với hệ số lạnh 𝜀 hệ số nhiệt 𝜑 tài liệu kỹ thuật nhiệt lạnh Để phân biệt hệ số lạnh hệ số nhiệt bơm nhiệt người ta dùng thêm chữ cooling (lạnh) heating (nhiệt) bên cạnh chữ COP COP hệ số hiệu máy vận hành 100% tải COPcooling = COPheating = Năng suất lạnh thu giàn bay Q0 Điện tiêu tốn N (6-1) (kW/kW) 𝑁ă𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑛ℎ𝑖ệ𝑡 ℎữ𝑢 í𝑐ℎ 𝑡ℎ𝑢 đượ𝑐 𝑔𝑖à𝑛 𝑛𝑔ư𝑛𝑔 Đ𝑖ệ𝑛 𝑛ă𝑛𝑔 𝑡𝑖ê𝑢 𝑡ố𝑛 (6-2) (kW/kW) 129 COP đơi cịn ký hiệu EER (Energy Efficiency Ratio) CER (Cooling Efficiency Ratio) với đơn vị Btu/h/W Một điểm chung dễ thấy COP, EER chúng cho biết tỉ lệ công suất lạnh (hay nhiệt) sinh so với công suất điện tiêu thụ thiết bị (hay hệ thống lạnh) COP EER mặt ý nghĩa thể coi một, khác đơn vị dùng để tính COP (Coefficient of Performance) thường dùng nói chu trình nhiệt lạnh Với chu trình làm lạnh (cooling), COP tỉ số lượng nhiệt lấy lượng điện cung cấp cho máy nén Với chu trình nhiệt (heating), COP tỉ số lượng nhiệt sản sinh lượng điện cấp cho máy nén EER thường dùng để hiệu suất riêng thiết bị điều hịa khơng khí bơm nhiệt cụ thể Thơng thường COP EER khơng có đơn vị, tính thường lấy giá trị KW (lạnh)/ KW (điện) 6.3.2 PIC cách tính % tiết kiệm điện PIC (Power Input per Capacity) - Công suất tiêu thụ suất lạnh) số tiêu thụ điện tính theo biểu thức sau: PIC=N/Qo=1/COP (6-3) Có thể tính % tiết kiệm điện tiêu thụ máy có số tiêu thụ điện € khác theo biểu thức sau: €=(PIC1-PIC2)/PIC1 (6-4) Do PIC = 1/COP nên tính € theo biêu thức: €=(COP2-COP1)/COP2 (6-5) Ví dụ 1: Máy điều hồ khơng khí VRVIII 18HP có COP = 2,99 kW/kW máy VRVIII 8HP có COP = 4,27 kW/kW Hỏi máy 8HP tiết kiệm phần trăm điện so với máy 18HP? Giải: COP1 = 2.99, COP2 = 4,27 Thay giá trị vào biểu thức (7-5) được: 130 € = (4,27 - 2,99)/4,27 100% = 30% Trả lời: Khi sử dụng máy 8HP tiết kiệm khoảng 30% so với máy 18HP 6.3.3 IPLV ý nghĩa IPLV tiết kiệm lượng IPLV (Integrated Part Load Value) giá trị vận hành non tải tích hợp Chúng đề nghị gọi IPLV hệ số non tải hệ số tích hợp Theo thống kê ARI (Air Conditioning and Refrigeration Institute) Mỹ Mỹ hệ thống điều hịa khơng khí thực tế vận hành 1% thời gian năm 100% tải, 99% vận hành chế độ non tải, cụ thể 42% thời gian chạy 75% tải, 45% thời gian chạy 50% tải 12% thời gian chạy 25% tải Chính tiêu chuẩn ARI 550/590 quy định lấy IPLV làm tiêu chuẩn đánh giá hiệu lượng hệ thống lạnh điều hịa khơng khí thay cho COP IPLV tính sau: IPLV=0,01A+0,42B+0,45C+0,12D, kW/kW RT/kW, A,B,C,D COP 100%, 75%, 50% 25% tải Theo ARI550/590 hệ số A, B , C, D khác điều kiện thời tiết khác loại cơng trình khác Để đơn giản hệ số tính ARI chia nhóm hệ số sau: Về thời tiết ARI chia vùng có nhiệt độ ngồi trời cao -17,8oC (0oF) vùng có nhiệt độ ngồi trời cao 12,8oC (55oF) Về loại cơng trình ARI chia cơng trình hoạt động hành (làm việc ngày tuần ngày) loại cơng trình hoạt động liên tục (7 ngày tuần 24 ngày) Nhiệt độ ngồi trời khơng xuống đến -17,8oC nên Việt nam cần dùng nhóm hệ số cho loại cơng trình chạy theo hành chạy liên tục sau: - Chạy theo hành cơng sở: IPLV=0,018A+0,501B+0,481C+0D; - Chạy liên tục khách sạn: IPLV=0,012A+0,423B+0,565D+0C Lưu ý: IPLV cịn kí hiệu SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) với đơn vị Btu/h/W 6.3.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến COP Hệ số hiệu lượng COP phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: - Độ hoàn thiện máy nén 131 Độ tương thích thiết bị hệ thống lạnh máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, van tiết lưu, đường ống, thiết bị phụ, v.v - Công nghệ vật liệu (náy nén biến tần, van tiết lưu điện tử, thiết bị tự động hoá đại ) - Điều kiện lắp đặt tiêu chuẩn (lắp đặt, hút chân không, nạp dầu, nạp ga tiêu chuẩn ) - - Điều kiện vận hành hợp lý Đặc biệt, COP phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ ngưng tụ nhiệt độ bay Đường cong mô tả COP = f(tk,to) đường đặc tính máy nén Qo= f(tk,to); Ne = f(tk,to); ε = f(tk,to) I = f(tk,to) Sau giới thiệu phụ thuộc (hình 6.10) - Hình 6.10 Sự phụ thuộc qo l vào nhiệt độ ngưng tụ 132 Hình 6.11 Các đường đặc tính máy nén 6.3.5 COP phụ thuộc vào nhiệt độ ngưng tụ Như hình 6.9 giới thiệu, suất lạnh máy nén lạnh không đổi mà thay đổi theo nhiệt độ ngưng tụ nhiệt độ bay Năng suất lạnh tăng công tiêu tốn giảm nhiệt độ ngưng tụ giảm Như giảm đến lần giảm theo nhiệt độ ngưng tụ giảm giảm suất lạnh tăng Hình 7-2 giới thiệu phụ thuộc suất lạnh riêng khối lượng qo, kJ/kg, công nén riêng l, kJ/kg, nhiệt độ ngưng tụ thay đổi với COP = qo/l Có thể tính nhanh gần nhờ biểu thức tính COP chu trình Carnot sau: (6-6) COPc=To/(Tk-To) 133 Giả sử máy lạnh hoạt động chế độ tiêu chuẩn nên nhiệt độ bay To = 27315 = 258K, nhiệt độ ngưng tụ Tk = 273+30 = 303K, hiệu nhiệt độ 30 - (-15) = 45K Thay vào biểu thức (7-8) hệ số hiệu lượng chế độ vận hành tiêu chuẩn là: COPc = 258/45 = 5,73 (6-7) Giả sử nhiệt độ bay không đổi, nhiệt độ ngưng tụ giảm xuống 1K COP là: COPc = 258/44 = 5,86 (6-8) Như nhiệt độ ngưng tụ giảm xuống 1K COP tăng thêm (5,865,73)/5,73 = 2,27%, đồng nghĩa với việc điện tiêu tốn giảm 2,27% Từ kết luận trên, để tiết kiệm điện tiêu thụ cần phải hạ nhiệt độ ngưng tụ xuống đến mức thấp như: 6.3.5.1Đối với dàn giải nhiệt gió - Chọn dàn ngưng tụ có đủ diện tích trao đổi nhiệt, kiểm tra diện tích trao đổi nhiệt, thiếu phải bổ sung thay dàn khác - Định kỳ vệ sinh dàn ngưng tụ - Loại bỏ trở ngại lối lối vào luồng gió giải nhiệt, đảm bảo luồng gió giải nhiệt phải hồn tồn thơng thống, khơng bị gió quẩn, khơng để dàn hít phải gió nóng từ dàn ngưng khác, - Chọn vị trí lắp dàn phù hợp, khơng bị ánh nắng mặt trời chiếu vào, không bị ảnh hưởng nguồn nhiệt,không lắp gần bếp, không lắp gần nguồn khí thải độc hại, ăn mịn, khơng bị bí gió, khơng lăp ngược chiều gió có gió quạt bị giảm lưu lượng, v.v - Thường xuyên kiểm tra quạt lưu lượng gió quạt 6.3.5.2Đối với bình ngưng giải nhiệt nước - Chọn dàn ngưng tụ có đủ diện tích trao đổi nhiệt, kiểm tra diện tích trao đổi nhiệt, thiếu phải bổ sung thay dàn khác - Định kỳ vệ sinh ống trao đổi nhiệt bình ngưng tụ 134 - Định kì kiểm tra bơm lưu lượng nước qua bơm cho bình ngưng tháp giải nhiệt, - Kiểm tra khí khơng ngưng hệ thống, xả khí khơng ngưng cần, đặc biệt máy lạnh amôniac phải xả khí khơng ngưng định kì - Kiểm tra, vệ sinh tháp giải nhiệt, bơm quạt tháp giải nhiệt, khối đệm chất lượng nước giải nhiệt - Kiểm tra xả dầu, xả lỏng cho bình ngưng để ống trao đổi nhiệt không bị ngập lỏng 6.3.6 COP phụ thuộc vào nhiệt độ bay Theo hình - suất lạnh máy lạnh tăng nhiệt độ bay tăng Hình giới thiệu phụ thuộc suất lạnh riêng qo công nén l vào nhiệt độ bay với COP = qo/l Hình 6.12 Sự phụ thuộc qo l vào nhiệt độ bay Tương tự trên, tính gần tăng COP nhiệt độ bay tăng lên 1K nhờ biểu thức (7.8) Nhiệt độ bay tăng 1K nghĩa To = 259K hiệu nhiệt độ 30- (-14) =44K Vậy: COPc = 259/ 44= 5,89 (6-9) Như vậy, nhiệt độ bay tăng lên 1K COP tăng thêm (5,89-5,73)/5,73 = 2,79%, đồng nghĩa với việc điện tiêu tốn giảm 2,79% 135 Nhận xét: Tiết kiệm lượng tăng nhiệt độ bay lên 1K cao giảm nhiệt độ ngưng tụ xuống 1K Vì tăng nhiệt độ bay để tiết kiệm lượng có ý nghĩa giảm nhiệt độ ngưng tụ Chính vậy, hiệu nhiệt độ trao đổi nhiệt cho thiết bị bay (∆to = 8÷10K) thường thấp thiết bị ngưng tụ (∆tk = 13÷17K) máy điều hồ khơng khí Để tiết kiệm lượng cần phải nâng nhiệt độ bay lên đến mức cao như: 6.3.6.1Đối với dàn bay làm lạnh khơng khí trực tiếp - Chọn dàn bay có đủ diện tích trao đổi nhiệt, kiểm tra diện tích trao đổi nhiệt, thiếu phải bổ sung thay dàn khác - Định kỳ vệ sinh dàn bay hơi, - Định kì xả băng cho dàn bay tự động xả băng hiệu theo nhu cầu, - Định kì kiểm tra vận hành quạt lưu lượng gió 6.3.6.2Đối với bình bay làm lạnh chất tải lạnh - Chọn bình bay có đủ diện tích trao đổi nhiệt, kiểm tra diện tích trao đổi nhiệt, thiếu phải bổ sung thay dàn khác, - Định kì vệ sinh bình bay hơi, kiểm tra ứ dầu, xả thổi dầu cần màng dầu lớp cản trở trao đổi nhiệt làm tăng hiệu nhiệt độ trao đổi nhiệt, làm tăng tiêu tốn điện - Định kì kiểm tra bơm chất tải lạnh lưu lượng chất tải lạnh qua bơm Lưu lượng giảm làm tăng hiệu nhiệt độ trao đổi nhiệt làm tăng tiêu tốn điện - Đối với bình bay kiểu ngập lỏng, cần điều chỉnh mức lỏng yêu cầu Mức lỏng cao làm tăng nguy va đập thuỷ lực, mức lỏng thấp làm giảm khả trao đổi nhiệt bình dẫn đến tăng điện tiêu tốn 6.3.7 COP IPLV hệ thống lạnh giải nhiệt gió, dàn bay trực tiếp Đối với hệ thống COP IPLV cho catalog tương đối chuẩn xác với COP IPLV thực hệ thống sau lắp đặt tất thiết bị tiêu thụ điện tính đến thử nghiệm phịng lượng kế calorimet 136 6.3.8 COP IPLV hệ chiller Đối với hệ thống chiller giải nhiệt nước, catalog chiller thưịng có COP IPLV (Intergrated Part Load Value: thông số giá trị hiệu suất Chiller điểm định sẵn tiêu chuẩn ARI) chiller nên tính tốn COP IPLV thực hệ thống ta phải tính đến thiết bị tiêu tốn điện khác bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt, quạt tháp giải nhiệt quạt dàn lạnh Đối với hệ thống chiller giải nhiệt gió cần tính đến bơm nước lạnh quạt dàn lạnh hệ thống khơng có bơm nước giải nhiệt quạt tháp giải nhiệt 137