Nghiên cứu tính toán tiêu thụ điện năng của hệ thống điều hòa trong nhà cao tầng, đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà

i MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG vi MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Cơ sở thực tiễn khoa học đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ 1.1 Phân loại đánh giá sơ loại điều hịa khơng khí 1.1.1 Điều hòa cục (Split unit) 1.1.2 Điều hòa loại Multi ( Kiểu ghép) 11 1.1.3 Điều hòa loại VRF/VRV 12 1.1.4 Hệ điều hòa loại Chiller ……………17 1.1.5 Nhận xét……………………………………………………………… 19 1.2 Thông số kỹ thuật mức độ tiêu thụ lượng hệ thống điều hịa khơng khí 20 1.2.1 Mức tiêu thụ lượng điều hòa cục (Split unit) 20 1.2.2 Mức tiêu thụ lượng điều hòa loại Multi 21 1.2.3 Mức tiêu thụ lượng điều hòa loại VRF/VRV 22 1.2.4 Mức tiêu thụ lượng điều hòa loại Chiller 23 1.2.5 Nhận xét 24 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ 25 2.1.Chỉ số hiệu lượng máy lạnh hệ thống điều hịa khơng khí 26 ii 2.1.1.Chỉ số hiệu làm lạnh COP, (W/W.) 26 2.1.2.Chỉ số hiệu lượng – EER, (W/W), (BTU/W.h) 26 2.1.3.Chỉ số tiêu thụ điện – PIC (kW/RT) 26 2.1.4.Chỉ số hiệu lượng tổng hợp IEER máy làm lạnh trực tiếp……………… 28 2.1.5.Chỉ số non tải tổng hợp IPLV Chiller 31 2.1.6.Chỉ số lượng suất tiêu hao lượng cho điều hịa khơng khí……………… 38 2.2 Phương pháp tính tiêu thụ điện hệ thống điều hịa khơng khí 38 2.2.1 Phương pháp tính tiêu thụ điện hệ thống điều hịa khơng khí – VRF/VRV………… 38 2.2.2.Phương pháp tính tiêu thụ điện hệ thống điều hịa khơng khí – Chiller………… 39 2.3 Nhận xét 44 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ 46 3.1 Giải pháp lựa chọn thiết bị điều hịa khơng khí 46 3.1.1 Phân tích đặc điểm cơng nghệ ĐHKK 46 3.1.1.1 Kiểu cửa sổ-một cục (Window) 46 3.1.1.2 Kiểu hai cục (Split unit) 46 3.1.1.3 Kiểu tổ hợp nhỏ (Multi): cục nhà + tới 08 cục nhà 47 3.1.1.4 Kiểu tổ hợp lớn – VRV/VRF (nhiều cục nhà + nhiều cục nhà) 48 3.1.1.5 Kiểu làm lạnh gián tiếp-làm lạnh nước- Chiller giải nhiệt gió 48 3.1.1.6 Kiểu làm lạnh gián tiếp-làm lạnh nước- Chiller giải nhiệt nước 49 3.1.1.7 Kiểu làm lạnh gián tiếp-làm lạnh nước- Chiller giải nhiệt nước kết hợp với bồn tích trữ lạnh 49 3.1.2 Quy định hiệu sử dụng lượng số máy lạnh theo 9:2005/QCXDVN 67 3.1.3 Phân tích kiểu trung tâm xử lý khơng khí 69 iii 3.1.3.1 Kiểu AHU: 69 3.1.3.2 Kiểu FCU treo tường: 69 3.1.3.3 Kiểu FCU áp trần: 69 3.1.3.4 Kiểu FCU đặt sàn - tủ: 69 3.1.3.5 Kiểu FCU cassettle: 69 3.1.3.6 Kiểu FCU âm trần nối ống gió áp suất thấp: 70 3.1.3.7 Kiểu FCU âm trần nối ống gió áp suất trung bình: 70 3.1.3.8 Kiểu FCU âm trần nối ống gió áp suất cao: 70 3.1.4 So sánh phương án điều hòa 70 3.1.5 Phân loại cơng trình 79 3.1.5.1 Loại cơng trình: 79 3.1.5.2 Quy mơ cơng trình: 79 3.1.5.3 Số làm việc: 79 3.1.6 Lựa chọn hệ thống điều hồn Khơng khí 80 3.1.6.1 Các bước tiến hành lựa chọn hệ thống ĐHKK 80 3.1.6.2 Quan điểm lựa chọn hệ thống ĐHKK 81 3.1.7.Nhận xét 84 3.2.Giải pháp Vận hành 85 3.2.1 Giải pháp vận hành tiết kiệm lượng cho Chiller 85 3.2.2 Giải pháp vận hành tiết kiệm lượng cho Bơm, quạt 88 3.2.3 Vận hành tiết kiệm lượng cho tháp giải nhiệt 89 3.2.4 Điều khiển Tự động chế độ vận hành tiết kiệm lượng 90 3.2.5 Nhận xét 95 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 96 KẾT LUẬN 96 KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT ĐHKK: Điều hịa khơng khí QCVN: Quy chuẩn Việt Nam TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo máy điều hòa cửa sổ Hình 1.2 Hình dạng bên ngồi máy điều hồ cửa sổ Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý máy điều hòa rời Hình 1.4 Máy điều hoà dạng ghép 11 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống điều hòa VRV 14 Hình 2.1 Sự phân bố Ton-h nhóm 35 Hình 3.1 Mơ tả q trình hình thành tan băng bên ngồi ống 52 Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động bồn tích trữ băng dạng băng tan chảy bên ống 52 Hình 3.3 Nguyên lý hai q trình nạp xả cơng nghệ tích trữ băng dạng 54 Hình 3.4 Chế độ nạp tải phương pháp tích trữ lạnh tồn phần 57 Hình 3.5 a); b) Cấu tạo, quy ước hướng, chiều, vị trí ngả van ngả 57 Hình 3.6 Chế độ xả tải phương pháp tích trữ lạnh tồn phần 58 Hình 3.7 Chế độ nạp tải phương pháp tích trữ lạnh phần 59 Hình 3.8 Chế độ xả tải phương pháp tích trữ lạnh phần 60 Hình 3.9 Đồ thị phân bố tải cơng trình 24 62 Hình 3.10 Đồ thị áp dụng giá tiền điện cơng trình CR 3.1-A 63 Hình 3.11 Đồ thị phụ tải lạnh phương án cho Chung cư CR 3.1 -A 66 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Mức tiêu thụ điện máy điều hòa cục thông qua số COP 20 Bảng 1.2 Mức tiêu thụ điện máy điều hịa Multi thơng qua số COP 21 Bảng 1.3 Mức tiêu thụ điện máy điều hịa VRV/VRF thơng qua số COP 22 Bảng 1.4 Mức tiêu thụ điện Chiller thông qua số COP 23 Bảng 2.1 giới thiệu số hiệu lượng số loại máy lạnh chạy 100% tải [13][8] 27 Bảng 2.2 Nhiêṭ đô ̣ không khí ngoài nhà và mức phu ̣ tải của máy làm la ̣nh trực tiế p [9] 29 Bảng 2.3 Bảng công suấ t máy lạnh -VRF 8HP Hãng Misubishi Heavy [10] 30 Bảng 2.4 Phạm vi tiêu chuẩn ARI 550/590 -2003 32 Bảng 2.5 Điều kiện vận hành tiêu chuẩn – ARI Standard 550/590-2003 33 Bảng 2.6 Thông số cha ̣y non tải của Chiller 3900 kW [11] 34 Bảng 2.7 Phân nhóm hệ thống ĐHKK theo ARI Standard 550/590-2003 35 Bảng 2.8 Bảng hệ số cơng thức tính IPLV cho nhóm –Bảng 2.6 36 Bảng 2.9 Bảng hệ số công thức tính IPLV – Nhóm Số liê ̣u khí hâ ̣u Hà Nơ ̣i 37 Bảng 2.10 Kết tính toán số hiệu làm lạnh Chiller 37 Bảng 2.11 Tổng số chạy máy lạnh năm hệ thống ĐHKK 40 Bảng 2.12 Thống kế tính tốn tiêu thụ điện cơng trình tịa nhà VinCom 40 Bảng 3.1 Tóm tắt đặc tính số sơ đồ tích trữ lạnh 54 Bảng 3.2 Máy điều hồ khơng khí dàn ngưng (cụm nóng) hoạt động điện 67 Bảng 3.3 Các đơn nguyên sản xuất nước lạnh - yêu cầu hiệu tối thiểu 68 Bảng 3.4 Công suất đầy tải chiller 800TR [13] 86 Bảng 3.5 Năng lượng tiêu thụ hệ thống điều hịa khơng khí hàng năm với vùng Mỹ (MWh) [13] 86 Bảng 3.6 Cỡ ống sử dụng theo độ chênh lệch nhiệt độ (mm) [13] 87 Bảng 3.7 Ví dụ tính tốn tiết kiệm lượng sử dụng biến tần cho động bơm 132kW [ 5] 89 MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Điện nguồn lượng thiếu xã hội đại Cùng với phát triển không ngừng kinh tế giới, điện ngày đóng vai trị quan trọng Các nguồn lượng hóa thạch tạo điện Than đá, Dầu mỏ ngày cạn kiệt, Theo thống kê tổ chức lượng giới IEA, trữ lượng dầu mỏ giới đủ sử dụng vịng 30 năm tới Vì vậy, việc sử dụng lượng hiệu tiết kiệm vấn đề đặt lên hàng đầu Ngành kỹ thuật Lạnh nước ta phát triển mạnh mẽ năm vừa qua, ứng dụng rộng rãi lĩnh vực điều hịa khơng khí Hệ thống điều hịa trung tâm sử dụng phụ tải lớn.Trong tòa nhà Văn phòng hay khách sạn lượng điện cấp cho hệ thống điều hịa khơng khí chiếm khoảng 35-40% tiêu thụ điện tòa nhà (theo đề tài Nghiên cứu đề xuất giải pháp cơng nghệ ĐHKK theo phân vùng khí hậu tỉnh phía Bắc) Chính việc “Nghiên cứu tính tốn tiêu thụ điện hệ thống Điều hòa nhà cao tầng, đề xuất giải pháp tiết kiệm lượng cho tòa nhà” cần thiết cho việc giảm thiểu tiêu thụ điện tiết kiệm điện chương trình tiết kiệm điện quốc Mục tiêu nghiên cứu - Trình bày số hiệu lượng máy lạnh phương pháp tính tốn tiêu thụ điện hệ thống Điều hòa - Đề xuất giải pháp lựa chọn thiết bị vận hành để giảm thiểu tiêu thụ điện hệ thống điều hịa khơng khí, tiết kiệm điện cho tòa nhà Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết - Phương pháp hồi cứu - Phương pháp tổng hợp, phân tích số liệu - Phương pháp điều tra, khảo sát Nội dung nghiên cứu Chương: Mở Đầu Chương Tổng quan hệ thống điềuhịa khơng khí Chương Phương pháp tính tốn tiêu thụ điện hệ thống điều hịa khơng khí Chương Đề xuất giải pháp lựa chọn thiết bị vận hành hệ thống điều hịa khơng khí nhằm tiết kiệm điện cho tòa nhà Kết Luận, kiến nghị Cơ sở thực tiễn khoa học đề tài Cơ sở khoa học: Việc nghiên cứu tiết kiệm lượng hệ thống Điều hồ khơng khí lĩnh vực khoa học nhà khoa học giới Việt Nam nghiên cứu phát triển dựa lý thuyết kiểm toán lượng, Để tiết kiệm lượng hệ thơng điều hịa khơng khí thơng qua việc tính tốn tiêu thụ điện hệ thống AIR 550/590 -2003 (Airconditioning & Refrigeration Iustitute) đưa số non tải tổng hợp tính tốn cho máy lạnh hoạt động thời gian năm Chỉ số bao gồm tiêu COP, số non tải IPLV, số PIC , số làm việc theo mức phụ tải phụ thuộc vào điều kiện khí hậu mục đích sử dụng cơng trình Ở Việt Nam với hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn, tài liệu giáo trình nghiên cứu đánh giá tiêu thụ điện hệ thống điều hòa trung tâm Cơ sở thực tiễn: Ở Việt Nam nói chung Hà Nội nói riêng hệ thống điều hịa trung tâm hoạt động công trình khác Khách sạn, Văn phịng, Nhà đa hàng năm tiệu thụ lượng điện lớn, ví dụ theo thống kê quản lý tịa nhà Khách sạn Lake side (Hà Nội) hàng năm lượng điện tiêu thụ khoảng 1,8 triệukWh/năm, Cơng trình Vincom City Tower hàng năm tiêu thụ tòa nhà khoảng 9,2 triệu kWh/năm, tòa nhà V-Tower building hàng năm tiêu thụ khoảng 2,1triệu kWh/năm Chính nhu cầu tính tốn thiết kế lựa chọn hệ thống điều hồ khơng khí để tiết kiệm lượng Chủ đầu tư, đơn vị Tư vấn thiết kế, thi công nhu cầu cấp thiết Mặc dù vậy, tính tốn thiết kế lựa chọn hệ thống điều hồ khơng khí chủ thể có nhu cầu lại gặp phải khó khăn ban đầu phải bỏ chi phí lớn kinh phí vận hành cho hệ thống điều hịa , Cho nên việc tính tốn xác lượng tiêu thụ điện hệ thống điều hịa khơng khí để có số giải pháp tiết kiệm lượng cần thiết CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ 1.1 Phân loại đánh giá sơ loại điều hịa khơng khí 1.1.1 Điều hịa cục Hệ thống điều hịa khơng khí kiểu cục hệ thống điều hịa khơng khí phạm vi hẹp Thường phòng riêng độc lập vài phòng nhỏ Trên thị trường điều hòa giới nói chung Việt Nam nói riêng điều hịa cục có loại phổ biến sau a Máy điều hòa dạng cửa sổ Máy điều hòa dạng cửa sổ thường lắp đặt tường trông giống cửa sổ nên gọi máy điều hịa khơng khí dạng cửa sổ Cấu tạo Về cấu tạo máy điều hoà dạng cửa sổ tổ máy lạnh lắp đặt hoàn chỉnh thành khối chữ nhật nhà máy sản xuất, có đầy đủ dàn nóng, dàn lạnh, máy nén lạnh, hệ thống đường ống ga, hệ thống điện ga nạp sẵn Người lắp đặt việc đấu nối điện máy hoạt động sinh lạnh Trên hình 1.1 cấu tạo bên máy điều hồ dạng cửa sổ Bình thường, dàn lạnh đặt phía bên phịng, dàn nóng nằm phía ngồi Quạt dàn nóng dàn lạnh đồng trục chung mô tơ Quạt dàn lạnh thường quạt dạng ly tâm kiểu lồng sóc cho phép tạo lưu lượng áp lực gió lớn để thổi gió xa Riêng quạt dàn nóng kiểu hướng trục cần lưu lượng lớn để giải nhiệt cho Ở cụm máy có vách ngăn nhằm ngăn cách khoang lạnh khoang nóng Gió phịng lấy vào cửa hút nằm mặt trước cụm máy 85 tiết kiệm lượng Sử dụng hệ thống điều hịa chiller kết hợp với bình tích lạnh giải pháp cơng trình Việt Nam đem lại hiệu tiết kiệm điện cao việc chạy chiller thấp điểm với chi phí tiền điện thập, lượng lạnh tích lại bình tích lạnh sử dụng cao điểm giảm tiền điện vận hành chiller cao điểm 3.2 Giải pháp Vận hành 3.2.1 Giải pháp vận hành tiết kiệm lượng cho Chiller Sử dụng lượng nhiều hệ thống điều hịa khơng khí Chiller nên phải sử dụng Chiller hiệu cao Có nhiều khả tiết kiệm lượng cho Chiller sử dụng biến tần, chọn Chiller hiệu cao Trước đây, Chiller thường tiêu chuẩn hóa với độ chênh nhiệt độ ∆T = 10F (5,6ºC) cho dàn bay hơi, dàn ngưng tháp giải nhiệt, điều hiểu để dễ dàng tính tốn Ngày với hỗ trợ máy tính, người ta mong muốn tăng độ chênh lệch độ ∆T để làm giảm lưu lượng theo giảm cỡ bơm, cỡ ống, dây điện, cỡ van tiết kiệm chi phí Hơn nữa, tiết kiệm lượng bơm cho chiller tăng thêm hiệu suất Ví dụ hệ thống có máy chiller 800TR máy với bơm giải nhiệt, bơm nước lạnh, tháp giải nhiệt Chiller 1A 1B có độ chênh lệch nhiệt độ ∆T = 5,6ºC (10F), Chiller 2A 2B có độ chênh lệch nhiệt độ ∆T = 7,8ºC (14F), Chiller 3A 3B có độ chênh lệch nhiệt độ ∆T = 10ºC (18F) Loại 1A, 2A, 3A có lưu lượng nước qua dàn ngưng 0,19 1/s/TR ∆T = 10F, loại 1B, 2B, 3B có lưu lượng nước qua dàn ngưng 0,13 1/s/TR ∆T = 15F Cơng suất bơm (bhp) tính hiệu suất bơm 82%, hiệu suất động 93%, cột áp18,3m nước cộng vào tổn thất qua Chiller (CHPD) Nhiệt độ nước lạnh 5,6 ºC (42F) Nhiệt độ ướt tháp giải nhiệt 25,6ºC (78F) Bảng sau cho công suất điện đầy tải cho Chiller 800 TR 86 Bảng 3.4 Công suất đầy tải chiller 800TR [10] Nước lạnh ∆T, TT ºC Lưu lượng, 1/s Nước ngưng CHP Bơm D, m , hp Lưu lượng , 1/s CHP D, m Quạt Bơ giải m, nhiệt hp , hp Điện chille Tổng tiêu thụ điện, r, kW kW 1A 5,6 121 6,4 48 152 6,4 60 50 436 563 1B 5,6 121 6,4 48 104 3,05 34 25 476 562 2A 7,8 86,6 3,35 30 152 6,4 60 50 437 549 2B 7,8 86,6 3,35 30 104 3,05 34 25 476 547 3A 10,0 67,3 2,13 22 152 6,4 60 50 436 542 3B 10,0 67,3 2,13 22 104 3,05 34 25 476 541 Khi non tải, bơm chạy hết công suất lưu lượng không đổi Tháp giải nhiệt chiller giảm tiêu thụ điện năng, với bơm tốc độ khơng đổi tổng điện tiêu thụ giảm chạy non tải Để thử nghiệm điều này, hệ thống điều hịa khơng khí thiết kế kèm theo máy tính điện tiêu thụ cho vùng khác nhau, thể bảng sau: Bảng 3.5 Năng lượng tiêu thụ hệ thống điều hịa khơng khí hàng năm với vùng Mỹ (MWh) [10] TT Boston Chicago El Paso Lake Charles Miami San Francisco 1A 1,497 1,177 1,777 1,897 2,288 1,057 1B 1,450 1,126 1,705 1,801 2,157 983 2A 1,414 1,099 1,666 1,777 2,127 961 2B 1,363 1,046 1,590 1,677 1,990 885 3A 1,371 1,060 1,610 1,716 2,045 913 3B 1,321 1,007 1,535 1,618 1,910 837 87 Theo bảng ta thấy, trường hợp tăng độ chênh nhiệt độ (giảm lưu lượng) tiết kiệm lượng Bảng phải quan tâm đến hệ thống không chiller, chiller phần hệ thống gồm: chiller, bơm nước, ống, tháp giải nhiệt, hệ thống gió, điều khiển Khi độ chênh nhiệt độ nước lạnh tăng lưu lượng giảm, cỡ ống giảm (xem bảng sau), cỡ van giảm, giảm công lắp đặt chi phí bảo ơn, kéo theo loạt thiết bị giảm như: bơm, động bơm, động tháp giải nhiệt, tiêu thụ lượng Bảng 3.6 Cỡ ống sử dụng theo độ chênh lệch nhiệt độ (mm) [10] Cỡ ống nước lạnh, mm Cỡ ống nước ngưng, mm ∆T = 5,6 ºC ∆T = 7,8ºC ∆T = 10,0ºC (10F) (14F) (18F) 0,19 1/s/TR 0,13 1/s/TR Lạnh Hồi Lạnh Hồi Lạnh Hồi Lạnh Hồi Lạnh Hồi 250 350 200 300 200 250 300 400 250 300 Như vậy, tăng độ chênh nhiệt độ nước lạnh kéo theo giảm lưu lượng không tiết kiệm giá lắp đặt mà tiết kiệm điện tiêu thụ Và hiệu phần tiết kiệm đầu tư để mua chiller hiệu suất cao Áp dụng cơng thức tính IPLV cho chiller 250TR model YTG1A1C15CGJ hoạt động với thiết bị tần VSD có đặc tính phu tải: A = 0,627, B = 0,457, C = 0,359, D = 0,451 kW/Ton IPLV = 1/ (0,01/0,627 + 0,42/0,457 + 0,45/0,359 + 0,12/0,451) = 0,407 (kW/Ton) Trong trường hợp chiller nói chạy khởi động mềm SSS IPLV = 0,541 kW/Ton Khi so sánh hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng chiller 250 Ton điều khiển VSD với trường hợp dung SSS sau năm vân hành 88 điều kiện khí hậu Hà Nội tiết kiệm được: 500 ton x (0,541 – 0,407) kW/Ton x 3.470 h/năm = 232.557 kWh/năm 3.2.2 Giải pháp vận hành tiết kiệm lượng cho Bơm, quạt Trong hệ thống điều hịa khơng khí giải nhiệt nước tổng công suất bơm quạt tháp giải nhiệt khoảng 42% công suất điện máy lạnh Nếu bơm hoạt động với cơng suất khơng đổi hệ thống điều hịa khơng khí giảm cơng suất (cắt giảm FCU) dẫn đến tổn hao công suất điện động bơm Sự đời thiết bị biến tần (VSD) đem lại khả tiết kiệm lượng đáng kể hệ thống bơm, quạt Phân tích chế độ vận hành bơm li tâm đồ thị nhận thấy ưu điểm tiết kiệm lượng sử dụng biến tần (VSD) so với sử dụng van để điều chỉnh: - Điều chỉnh lưu lượng van: bơm làm việc với tốc độ không đổi n = 1.470 RPM, giả thiết A điểm làm việc bơm tương ứng với lưu lượng G=100 1/s trở lực hệ thống HA= 100m, công suất động PA=132kW Khi lưu lượng bơm giảm từ 100 1/s xuống 60 1/s điểm làm việc thực tế bơm chuyển từ A sang B, lúc trở lực hệ thống Hc= 70m cột áp thực tế bơm điểm B H b= 105m, tổn thất cột áp qua van ∆H = 105 – 70 = 35m, điểm B bơm tiêu thụ công suất khoảng Pb = 100kW - Điều chỉnh lưu lượng biến tần: lưu lượng giảm từ 100 1/s xuống 60 1/s điểm A dịch dịch sang điểm B ’ tương ứng động giảm tốc độ từ nA = 1.470 RPM xuống nB = 1.200 RPM, cột áp bơm trở lực hệ thống HB = 70m công suất tiêu thụ bơm 65% công suất bơm điều chỉnh van 89 Bảng 3.7 Ví dụ tính toán tiết kiệm lượng sử dụng biến tần cho động bơm 132kW [ 5] Lưu lượng (1/s) Mức phân phối Điều chỉnh lưu Điều chỉnh lưu thời gian lượng van lượng biến tần Phụ tải, % % Số Công Tiêu thụ chạy, h suất, kW điện, kW Công Tiêu thụ suất, điện, kW kW 100 100 0,54 18,6 128 2.381 128 2.381 90 90 4,1 142,8 120 17.136 112 15.994 80 80 15,0 521,4 115 59.961 92 47.969 70 70 25,3 878,5 108 94.878 78 68.523 60 60 27,86 965,3 100 96.530 65 62.745 50 50 16,4 568,8 94 53.467 50 28.440 40 40 6,1 211,8 88 18.638 38 8.048 30 30 4,7 163,8 83 19.595 28 4.586 100 3471 Cộng 356.586 238.686 Số kWh tiết kiệm năm chạy biến tần: 356.586 – 238.686 = 117.900 kWh Như bơm hệ thống điều hịa khơng khí điều khiển biến tần giảm khoảng 1/3 tiêu thụ điện, trang bị không cần tủ điện, thiết bị bảo vệ khởi động bơm, hiệu sử dụng thiết bị biến tần lớn công suất hệ thống thay đổi nhiều 3.2.3 Vận hành tiết kiệm lượng cho tháp giải nhiệt Hiệu trao đổi nhiệt tháp phụ thuộc yếu tố sau: - Độ ẩm không khí, độ ẩm 100% cịn trao đổi nhiệt nên hiệu suất - Tốc độ không khí cao tốt 90 - Bề mặt trao đổi nhiệt lớn tốt Nếu chọn thông số khí hậu ngồi nhà lớn tháp giải nhiệt lớn, cần chọn thơng số khí hậu ngồi nhà hợp lý Với nhiệt độ khơng khí ngồi 34,9 ºC độ ẩm 63,5% nhiệt độ ướt 28,8 ºC Nước khỏi tháp có nhiệt độ lớn nhiệt độ ướt 5ºC 33,8 ºC, nước vào tháp có nhiệt độ 33,8 ºC + ºC = 38,8 ºC, nhiệt độ ngưng tụ 38,8 + ∆t = 43,8 ºC Khi giảm nhiệt độ ngưng tụ ta phải tăng tháp giải nhiệt giảm điện tiêu hao (giảm nhiệt độ ngưng tụ 2ºC, ta phải tăng tháp giải nhiệt lên 1,5 lần giảm điện tiêu hao 1,5 lần) 3.2.4 Điều khiển Tự động chế độ vận hành tiết kiệm lượng Mạng điều khiển tự động toàn hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm (HVAC) gồm thiết bị điều khiển trung tâm lạnh, dàn lạnh, van gió thiết bị kết nối Đối với hãng khác cấu tạo hệ thống khác nguyên lý giống Thiết bị điều khiển kỹ thuật số (DDC) hang York gồm EDC (có 36-48 đầu vào, 12-24 đầu ra), LDC (có 9-18 đầu vào, 8-16 đầu ra), FDC (có đầu vào, đầu ra), TDC (có đầu vào, đầu ra) Thiết bị kết nối (LINC) modem (điện thoại), Central (hệ thống quản lý), Printer (máy in), Pathfinder (chuyển đổi lựa chọn liệu mạng tiêu thụ mạng cung cấp), Repeater (chuyển đổi lựa chọn liệu phần khác mạng) Hệ thống điều khiển tự động trung tâm lạnh (CPA) tổ hợp thiết bị bơm, tháp giải nhiệt với máy lạnh để tạo thành khâu quản lý, vận hành trung tâm lạnh cách có tổ chức, để tối ưu hóa hiệu sử dụng lượng, để bảo vệ thiết bị báo động cố truyền thông tin lên trung tâm xử lý Nhà sản xuất máy lạnh cung cấp phần cứng CPA, đầu cảm biến, lập chương trình, kéo dây, khởi động, lập tư liệu thiết kế Phần cứng CPA hệ khống chế kỹ thuật số DDC dựa sở vi tính chương trình hóa có khả điều khiển trung tâm máy lạnh với 91 nhiệm vụ quản lý, lập quan hệ điều phối máy lạnh yêu cầu người vận hành CPA phải có mảng đầu vào để tiếp thu tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ, cảm áp lực, lưu lượng kế, nhu cầu tiêu thụ lượng máy lạnh trạng thái hệ thống thiết bị CPA có khả nhận tín hiệu tương tự từ 010 VDC từ 10-20 mA, tín hiệu số từ cơng tắc dịng tín hiệu xung Tín hiệu CPA có khả điều khiển tương tự với dải từ 0-10 VDC, công tắc số mức 24 VAC lớn hơn, trạng thái cấp có xung điều biến CPA có cửa nối mạch RS232 để đấu nối với đầu máy in máy vi tính (PC) CPA đấu nối trường tới hệ thống mạng nằm cơng trình lập trình để điều phối tín hiệu đặc trưng nhằm tạo cho trung tâm lạnh chế độ vận hành hiệu quả, vận hành tự động thiết bị bảo vệ, thiết bị truyền đạt số liệu báo hiệu cố, chương trình bao gồm phần sau: Chọn lựa thứ tự chạy máy nén: Việc chọn chế độ chạy theo lệnh hay chạy lệch pha khống chế tự động, song người điều khiển thay đổi Cơ cấu điều khiển dự báo trước phụ tải lạnh tự động chọn tổ hợp thiết bị tối ưu dựa sở hiệu lượng, yêu cầu phụ tải lạnh, tập hợp kW máy lạnh-bơm-tháp giải nhiệt, tình trạng sẵn sang máy lạnh Người điều khiển lựa chọn chế độ, thời gian chạy máy tối ưu cân Các van nước lạnh van nước ngưng mở - đóng dựa sở chọn cách chạy máy lạnh Người điều khiển lựa chọn cách khởi động từ xa (bằng tay) hay khởi động tự động, máy lạnh lệnh chạy mà khơng làm theo tạo lệnh bá ođộng Phân bố phụ tải máy lạnh tối ưu: Hệ thống điều khiển lập trình để chất tải tự động máy lạnh dựa sở hiệu lượng tổ hợp thiết bị tối ưu Hệ thống tự động đặt lại nhiệt độ nước lạnh máy lạnh để tối ưu hóa việc phân bổ phụ tải máy lạnh, 92 trì nhiệt độ nước lạnh cấp hồi đặt Bất kỳ máy lạnh song song khơng cấp nước vào vịng tuần hoàn lạnh qua dàn bay gây lệnh báo động Khống chế, phục hồi nước lạnh: nhiệt độ nước lạnh khống chế tự động để chọn chế độ: + Giữ nhiệt độ nước lạnh cấp mức không đổi 7ºC máy lạnh hay cho đường cấp lạnh chung + Giữ nhiệt độ nước hồi không đổi 12ºC + Đặt lại nhiệt độ nước cấp dựa nhiệt độ khơng khí bên ngồi (hoặc độ ẩm) tương xứng với biểu đồ ghi mặt Nhiệt độ đặt giới hạn đặt lại người điều khiển định Điều khiển tháp giải nhiệt: Van bypass tháp hoạt động để trì nhiệt độ nước lạnh cấp Sau van đóng hồn toàn, quạt tháp ngừng chờ tốc độ khống chế để tối ưu hóa tiêu thụ lượng dựa vào nhiệt độ trời phụ tải lạnh Điều khiển nước ngưng tụ:nhiệt độ nước ngưng khống chế cách biến đổi tốc độ (ngừng chờ) cửa quạt tháp giải nhiệt Khi điều kiện trời cho phép, nhiệt độ nước ngưng hạ tới phạm vi 3ºC chênh với nhiệt độ nước lạnh rời dàn để giảm cột áp đạt tới hiệu tối đa Tháp lạnh hoạt động nhiệt độ nước ngưng thấp phải lắp đặt van song song (bypass) với tháp nhà sản xuất máy lạnh cung cấp lắp đăt Trình tự điểu khiển bơm: bơm khởi động trước máy lạnh chạy hoạt động theo trình tự dựa vào hoạt động máy lạnh yêu cầu phụ tải lạnh Bơm ngừng theo trình tự logic Tốc độ bơm tuần hoàn cấp điều khiển với tín hiệu áp lực truyền từ đo chênh lệch áp mạng điểm ghi mặt Khống chế phụ tải thấp: máy lạnh riêng rẽ không 93 phép chạy thấp chế độ vận hành chọn trước (thí dụ 30%), trừ máy lạnh chọn riêng cho phụ tải lạnh Cho chế độ lạnh 25%, hệ CPA lựa chọn máy lạnh để vận hành đạt hiệu tối đa, chọn chế độ chạy lien tục dựa thời gian phản ứng trễ nhiệt phụ tải lạnh Tự động khởi động sau cố cấp điện: trường hợp cố mạng cấp điện, tất thiết bị chế độ ngừng thời gian chọn trước Thiết bị sau khởi động theo trình tự nhằm tối thiểu hóa nhu cầu phụ tải điện Tự động khởi động máy lạnh chờ (standby chiller): máy lạnh hay thiết bị phụ trợ máy khởi động sai bị cắt theo cố bảo vệ máy lạnh trình tự hoạt động máy lạnh chờ thiết bị kèm khởi động Giới hạn nhu cầu giảm tải: giai đoạn khởi động, máy lạnh chất tải cấp theo công suất giới hạn chọn trước, chu kỳ chọn trước, trước cho phép chất tải đầy Báo cáo, nhật ký vận hành: hệ thống phải có khả lưu thể máy tính trung tâm số liệu phịng máy lạnh, có ghi nhận lịch trình báo cáo Các điểm vận hành máy lạnh:các điểm sau phải kiểm soát máy lạnh đọc trung tâm quản lý hệ thống đọc từ xa qua modem: + Nhiệt độ nước lạnh hồi cấp + Nhiệt độ nước vào khỏi giàn ngưng + Nhiệt độ bão hòa cùa giàn ngưng giàn bay + Nhiệt độ dầu chênh lệch áp lực + Áp lực bay hơi, áp lực xả, áp lực ngưng tụ + % dòng chạy đầy tải 94 + Dòng hiệu pha điện + Nhiệt độ đặt nước cấp + Điểm đặt yêu cầu giới hạn + Mã chuẩn đoán tất lệnh cắt cố Hệ điều khiển AHU phải điều khiển số trực tiếp (DDC) nhà sản xuất AHU cung cấp với lệnh huy nạp thử nghiệm trước Hệ thống vận hành đồng hồ nuôi ắc quy với công tắc thời gian chuyển mạch Đơng/Hè có khả thời khóa biểu theo ngày nghỉ Giàn AHU đấu vào vận hành đồng hồ đo thời gian nội Trong vận hành, quạt chạy thường xuyên, nhiệt độ phịng, nhiệt độ khơng khí cấp trạng thái quạt biểu hình LCD Tín hiệu báo động ghi nhận mà nhiệt độ không gian, nhiệt độ khơng khí cấp, vượt q giới hạn lập trình Một tín hiệu báo động dịng gió có báo động phin lọc bụi bị tắc Hệ thống lập trình để khởi động tối ưu dừng tối ưu - Chế độ làm lạnh: Khi nhiệt độ gió hồi tăng cao điểm khống chế mong muốn định trước, van khống chế giàn lạnh dịch chuyển trạng thái mở - Chế độ sấy nóng: Khi độ ẩm tương đối tăng vượt điểm khống chế định trước, van khống chế giàn lạnh hoạt động theo hướng đóng bớt lại - Khống chế lưu lượng khơng khí hịa trộn – khơng khí xả: cảm biến nhiệt độ CO2 đường gió hịa trộn, chuyển động điện, phục hồi lò xo lắp đường gió ngồi gió hồi - Trạng thái hoạt động: Van gió ngồi mở trạng thái tối thiểu theo lập trình trì độ mở tiếp cần để trì nhiệt độ khơng khí hào trộn hay trì điểm đặt nồng độ CO2 định Khi nhiệt độ khơng khí ngồi trời tăng cao điểm đặt nhiệt độ làm lạnh van gió ngồi trời trở trạng thái cấp gió tối thiểu 95 3.2.5 Nhận xét Qua phân tích tất thiết bị Chiller, Bơm, Quạt hệ thống điều hịa khơng khí hệ thống hoạt động thiết bị có cách vận hành cách tiết kiệm điện Để vận hành cách hiệu phải có lịch trình làm việc hệ thống điều hịa khơng khí, phải theo dõi hàng năm tổng thời gian chạy thiết bị hệ thống Với Chiller thiết bị sử dụng lượng nhiều hệ thống điều hịa khơng khí tùy cơng trình mà lượng thời gian chạy chiller khác theo khảo sát tác giả số cơng trình vào hoạt động với cơng trình Trung tâm thương mại Chiller chạy 1700 1900 h/năm, Cơng trình văn phịng Chiller chạy 700-800 h/năm Vì Chiller tiêu tốn nhiều điện Ta tiết kiệm lượng cho Chiller việc sử dụng biến tần cụ thể chiller 250 RT model YTG1A1C15CGJ (Hãng Trane) sử dụng khởi động mềm tiếc kiệm 232.557 kWh/năm ( năm chiller chạy 3470 h/năm) Với hệ thống bơm phục vụ cho hệ thống điều hịa để tiết kiệm điện việc sử dụng biến tần hiệu quả, ví dụ với bơm 132 kW áp dụng chạy biến tần số kW điện tiết kiệm vịng năm 117.900 kWh 96 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu trên, tác giả luận văn đưa số kết luận sau Luận văn đáp ứng đầy đủ mục tiêu, nội dung nghiên cứu đề Khi tính toán tiệu thụ lượng cho hệ thống điều hịa ta khơng tính số COP, EER cho máy nén mà ta nên tính số IPLV, IEER cho hệ thống điều hịa Khi tính lượng điện tiêu thụ cho hệ thống điều hịa khơng khí ta nên tính theo ECht ( cơng thức 2.9) Luận văn với hệ thống điều hòa trung tâm tính tốn tiêu thụ điện mà sử dụng số IEER IPLV để tính tốn chế độ chạy non tải thiết bị ta giảm 20% số với việc ta tính tốn tiêu thụ điện sử dụng hệ số EER COP 100% tải Với hệ thống điều hòa khơng khí trung tâm kết hợp với hệ thống tích trữ lạnh sử dụng phương pháp san tải điện tiêu thụ toàn hệ thống giảm 20% so với hệ thống điều hòa trung tâm khơng kết hợp với hệ thống tích trữ lạnh Hệ thống điều hòa trung tâm việc sử dụng Chiller hệ thống bơm nước lạnh bơm nước giải nhiệt chạy biến tần tiết kiệm 20% tiêu thụ điện hệ thống ví dụ cụ thể trình bầy với cơng trình Vincom Khi lựa chọn thiết bị điều hòa khơng khí ta nên lựa chọn thiết bị phù hợp với cơng kiến trúc cơng trình, cụ thể hệ thống điều hịa cục phù hợp với cơng trình dân dụng nhà dân, hệ thống điều hịa multi ( kiểu ghép) phù hợp với cơng trình khách sạn mini, nhà nghỉ, hộ…, hệ thống điều hòa 97 VRV/VRF phù hợp cơng trình nhiều tầng tịa nhà văn phòng, nhà đa năng…, hệ thống điều hòa Chiller phù hợp cơng trình nhiều tầng tịa nhà văn phòng, nhà đa năng, trung tâm thương mại, siêu thị…, Khi lựa chọn thiết bị điều hòa ta nên chọn thiết bị có số COP cao để tiết kiệm lượng KIẾN NGHỊ Từ kết nghiên cứu, tác giả đưa số kiến nghị sau Nên kết hợp bồn tích lạnh với hệ thống điều hịa khơng khí để giảm 20% chi phí điện tiêu thụ Các cơng trình mà hệ thống điều hịa khơng khí chưa sử dụng biết tần nên sử dụng biến tần cho thiết bị 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Ngọc Chấn (2002), Điều hồ khơng khí, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Trần Ngọc Chấn (1998),Kỹ thuật thơng gió, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Hoàng Thị Hiền, Bùi Sỹ Lý (2004), Thơng gió, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Nguyễn Đức Lợi (2007), Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hồ khơng khí, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phương pháp đánh giá tiêu thụ điện hệ thống điều hịa cơng suất lớn TS Lê Ngun Minh - ĐHXD - Hội môi trường xây dựng Việt Nam- 012008 QCVN 02: 2009/BXD- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia số liệu điều kiện tự nhiên dùng xây dựng, Hà Nội TCVN 5687- 2010- Thơng gió, điều tiết khơng khí, sưởi ấm- Tiêu chuẩn thiết kế Tiếng Anh HVAC Equations, Data And Rules of Thumb-Mc Graw Hill-2008 A Johnson controls company-YORK Symphony-May 2007 10: ARI (Air-conditioning&Refrigeration Iustitute)- 550/590 -2003Performance Rating of Water-Chilling Packages Using the Vapor Compression Cycle 11 ARI 340/360-2007 -Performance Rating of Commercial and Industrial Unitary Air-Conditioning and Heat Pump Equipment 12 Daikin-McQuay Centrifugal Chiller -Technical BreakdownModel: WDC087-Capacity 3900kW 13 Misubishi Heavy Industries, Ltd - TB62-TB62007E1-Japan 99 14 Products catalog Trane