báo cáo nghiên cứu khoa học 'kiểm toán năng lượng tại các tòa nhà cao tầng và đề xuất phương án sử dụng năng lượng hiệu quả'

KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG TẠI CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ ENERGY AUDITION FOR MULTIFLOOR BUILDINGS AND RECOMMENDATIONS FOR EFFECTIVE USE OF ENERGY TRẦN VINH TỊNH Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Bài báo giới thiệu chu trình xây dựng dự án kiểm toán năng lượng và các phương pháp sử dụng năng lượng hiệu quả trong các cơ sở sản xuất và trong các tòa nhà nói chung. Dựa trên kết quả của công tác kiểm toán để xác định tiềm năng tiết kiệm năng lượng và đề ra phương án sử dụng năng lượng một cách hiệu quả. Cụ thể ở đây là ứng dụng kiểm toán năng lượng tại trung tâm học liệu (TTHL) thuộc Đại học Đà Nẵng, ABSTRACT This article introduces the process of building an energy-auditing project and methods for using energy efficiency in manufacturing plants and other buildings. Based on the findings, some recommendations are made on how to use the energy economically. Specifically, the energy audition has been applied at the Information Resources Center of Danang University. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, trước tình hình tài nguyên năng lượng ngày càng khan hiếm như nước ta, việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là ưu tiên quan trọng trong chính sách năng lượng quốc gia. Để giảm tiêu thụ năng lượng, trước tiên cần phải có các hoạt động quản lý năng lượng một cách chặt chẽ của các công ty, các cơ sở tiêu thụ năng lượng để tìm ra các tiềm năng tiết kiệm năng lượng. Vì thế, việc tiến hành kiểm toán năng lượng là rất cần thiết. Tiến hành kiểm toán năng lượng là để xác định những bộ phận sử dụng điện lãng phí, nhận diện các cơ hội tiết kiệm và đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng cho trung tâm. Tuy tiềm năng tiết kiệm năng lượng ở trung tâm là khá bé nhưng nếu công tác kiểm toán được ứng dụng phổ biến trên một quy mô rộng lớn thì nước ta sẽ khai thác được một nguồn năng lượng có sẵn rất lớn từ việc tiết kiệm. 1. Giới thiệu chu trình xây dựng dự án kiểm toán năng lượng và sử dụng năng lượng hiệu quả 1.1. Chu trình xây dựng dự án kiểm toán năng lượng Kiểm toán năng lượng là hoạt động nhằm đánh giá thực trạng hoạt động của một hệ thống năng lượng để có thể xác định các phần tử sử dụng năng lượng lãng phí, nhận diện được các cơ hội tiết kiệm và đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng. Kiểm toán năng lượng giúp chúng ta xác định được khuynh hướng tiêu thụ và tiềm năng tiết kiệm năng lượng của các thiết bị khác nhau như: động cơ, máy bơm, hệ thống chiếu sáng, thông gió, điều hoà… Chu trình xây dựng dự án kiểm toán năng lượng được thể hiện qua sơ đồ khối sau: Hình 1: Các bước xây dựng dự án KTNL 1.2. Sử dụng năng lượng hiệu quả trong các cơ sở tiêu thụ năng lượng Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là sử dụng năng lượng một cách hợp lý, vừa đủ để đảm bảo nhu cầu năng lượng cần thiết cho các quá trình sản xuất, dịch vụ và sinh hoạt. Vì vậy, ở đây đề tài giới thiệu cụ thể một số phương pháp sử dụng năng lượng hiệu quả có thể áp dụng cho các cơ sở tiêu thụ điện như sau: 1.2.1. Sử dụng năng lượng trong các cơ sở sản xuất 1. Cải tiến, hợp lí hóa quá trình đốt nhiên liệu. 2. Hợp lí hóa quá trình gia nhiệt, làm lạnh và chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng. 3. Giảm tổn thất nhiệt do truyền nhiệt. 4. Sử dụng lại nhiệt thải. 5. Cải tiến, hợp lí hóa quá trình chuyển nhiệt năng thành điện năng, điện năng thành cơ năng. 6. Giảm tổn thất trong truyền tải, phân phối, sử dụng điện năng. 7. Lựa chọn, thay thế hợp lí nguồn năng lượng sử dụng nhằm đạt hiệu quả cao hơn. 8. Phát triển sử dụng các nguồn năng lượng có khả năng tái tạo. 1.2.2. Sử dụng năng lượng trong các tòa nhà Đối với các tòa nhà, việc tiết kiệm và sử dụng hiệu quả năng lượng phải được tính đến ngay từ khâu thiết kế: 1. Tận dụng các điều kiện tự nhiên hoặc các giải pháp cấu tạo kiến trúc thích hợp nhằm giảm tiêu hao năng lượng cho chiếu sáng, thông gió, làm mát và sưởi ấm. 2. Sử dụng các vật liệu cách nhiệt được sản xuất theo tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng để hạn chế việc truyền nhiệt qua tường, cửa ra vào và cửa sổ. 3. Sử dụng các thiết bị chế tạo theo tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng để lắp đặt trong tòa nhà. 1.3. Công cụ kiểm toán Để phục vụ cho công việc kiểm toán và mức độ tiêu thụ năng lượng, ở đây sử dụng chủ yếu là thiết bị MITEC của Công ty Điện lực Đà Nẵng và sự hỗ trợ tính toán của Excel. Kết quả đo sẽ lưu lại trong máy MITEC theo thời gian lấy mẫu mà ta cài đặt và được xuất ra qua máy tính dưới dạng file.dat nhờ sự hỗ trợ của phần mềm Mcom. Mform, ngoài ra còn có một số thiết bị đo đạc khác như Vôn kế, Ampe kế… Hình2: Thiết bị đo MITEC (Thụy Điển) Bảng 1: Kết quả đo của chiller1 và chiller2 (Thang đo 20A, 400V) tại TT học liệu Từ kết quả đo đạc tại TTHL, tính toán mức tiêu thụ năng lượng được kết quả như bảng 2. Bảng 2: Tính toán điện năng tiêu thụ tháng 3 của chiller1 và chiller2 Quá trình đo đạc và tính toán như trên áp dụng cho từng loại phụ tải trong trung tâm là cơ sở để đánh giá mức độ tiêu thụ điện năng. Cùng với việc đi sâu nghiên cứu tình trạng kỹ thuật thiết bị, ta có thể đưa ra những phương án nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. 2. Đề xuất các phương án sử dụng năng lượng hiệu quả cho các tòa nhà a) Máy lạnh: + Tăng nhiệt độ điều hòa trong phòng. + Hạ nhiệt độ nước ở tháp giải nhiệt. Có thể thay hệ thống này bằng tháp làm mát bằng nước đối với các máy lạnh sử dụng tháp làm mát bằng gió hiệu suất thấp. b) Hệ thống xử lí không khí đặt sàn AHU: + Lắp đặt bộ VSD: - Điều chỉnh lưu lượng của quạt bằng cách lắp đặt bộ điều tốc VSD với vòng điều khiển kín đo nhiệt độ phòng. Tiết kiệm năng lượng điện tiêu thụ cho quạt khoảng 30% và có thể là cao hơn. + Một số giải pháp khác: - Sử dụng đường ống tròn để lấy khí tự nhiên vào cho các AHU. - Giảm thiểu vật cản đối với đầu vào của bộ phận thu khí hồi. - Có biện pháp thường xuyên làm sạch màng lọc, bộ lọc và cánh quạt. - Thường xuyên kiểm tra độ căng dây curoa để đảm bảo hiệu suất truyền công suất. - Loại bỏ những chỗ rò rỉ trong đường ống. - Nếu có thể thì nên giảm thiểu trở lực của hệ thống bằng cách định kỳ cải tạo, vệ sinh hệ thống đường ống để các quạt có thể làm việc với hiệu suất cao. - Đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho động cơ. c) Hệ thống bơm: + Lắp đặt thiết bị điều tốc VSD cho bơm nước lạnh. - Đối với trung tâm lắp đặt thiết bị điều khiển tốc độ động cơ của máy bơm sẽ cho phép giảm 30% điện năng tiêu thụ. + Thay mới bơm hiệu suất cao. - Thay mới những loại bơm có hiệu suất cao có khả năng tiết kiệm được 20% điện năng tiêu thụ. d) Hệ thống chiếu sáng: + Lắp thiết bị tiết kiệm năng lượng Fluoresave cho hệ thống chiếu sáng. + Phân mảnh hệ thống công tắc điều khiển và tăng cường chiếu sáng tự nhiên. + Thay đổi thói quen sử dụng điện của con người. Hình 5: Thiết bị Floresave 3. Ứng dụng kiểm toán năng lượng tại Trung tâm Học liệu – ĐHĐN Trung tâm Học liệu Đại học Đà Nẵng có quy mô 4 tầng lầu, diện tích sử dụng 4.500m 2 được trang bị 250 máy tính kết nối Internet và 1.000 chỗ ngồi, đủ để phục vụ cho công tác giảng dạy, nghiên cứu của 1.600 cán bộ, giảng viên và hơn 35.000 sinh viên. Hệ thống phụ tải của trung tâm có thể chia thành các loại chính như sau: • Hệ thống máy lạnh • Hệ thống chiếu sáng • Thiết bị xử lý không khí AHU • Phụ tải ổ cắm • Bơm nước lạnh Dựa trên kết quả của công tác kiểm toán được tiến hành như phương pháp tính toán trên ta có thể đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng và hiệu quả tiết kiệm năng lượng của trung tâm như sau: 3.1. Máy lạnh Mức độ tiêu thụ: - Trong tháng 3 điện năng tiêu thụ của cụm máy lạnh là: 8152kWh. - Công suất lạnh tương ứng: 7337TR. - Mức tiêu thụ năng lượng 1,11kWh/TR. Hiệu quả: - Ứng với mỗi mức tăng nhiệt độ trong phòng lên 1 o C thì hàng tháng ước tính sẽ tiết kiệm được 906kWh điện năng tiêu thụ của chiller. Chi phí tiết kiệm sẽ là 54 USD. - Có thể thay hệ thống này bằng tháp làm mát bằng nước công suất 150TR ở nhiệt độ bầu ẩm 28 o C, nhiệt độ nước vào tháp 35 o C và ra khỏi tháp là 30 o C. Tổng chi phí mua tháp nước, đường ống và lắp đặt khoảng 4500 USD. Lượng điện năng tiết kiệm được hàng tháng là: 1304kWh. Chi phi tiết kiệm được hàng tháng: 80 USD. Thời gian hoàn vốn là 4,5 năm. 3.2. Hệ thống xử lí không khí đặt sàn AHU Mức độ tiêu thụ: - Nhìn chung các AHU vận hành rất ổn định về công suất và thời lượng. - Lượng điện năng tiêu thụ hàng tháng của các AHU là 2410 kWh. - Lượng điện tiêu thụ hàng năm là 27715kWh. Hiệu quả: - Điều chỉnh lưu lượng của quạt bằng cách lắp đặt bộ điều tốc VSD với vòng điều khiển kín đo nhiệt độ phòng. Tiết kiệm năng lượng điện tiêu thụ cho quạt khoảng 30% và có thể là cao hơn. Chi phí mua và lắp đặt cho bộ VSD khoảng 2600 USD. Lượng điện năng tiêu thụ tiết kiệm hàng tháng: 723 kWh. Chi phí năng lượng tiết kiệm hàng tháng: 43 USD. Thời gian thu hồi vốn: 5 năm. 3.3. Hệ thống bơm nước Mức độ tiêu thụ: - Hai bơm nước lạnh số 1 và 2 vận hành luân phiên để phục vụ cho hai chiller. Khi nào hai chiller hoạt động song song thì hai máy bơm mước mới chạy song song. - Trong một tháng hệ thống bơm tiêu thụ khoảng 1607kWh. - Lượng điện tiêu thụ trong một năm là 19170kWh. Hiệu quả: - Đối với trung tâm lắp đặt thiết bị điều khiển tốc độ động cơ của máy bơm sẽ cho phép giảm 30% điện năng tiêu thụ.Năng lượng điện tiết kiệm hàng tháng khoảng 500kWh. Chi phí điện năng tiết kiệm được hàng tháng khoảng 30 USD. Tuy nhiên chi phí đầu tư là khá lớn nên thời gian thu hồi vốn sẽ lớn. Hình3: Không gian phòng đọc 3.4. Hệ thống chiếu sáng: • Đánh giá chất lượng chiếu sáng: Để kiểm tra chất lượng của hệ thống chiếu sáng, ở đây sử dụng phần mềm Luxicon để tính toán. Kết quả đánh giá một phòng ở tầng hai diện tích 110m 2 , gồm 24 bóng phillip 36W chia thành 8 máng như dưới đây: Lưới tính toán có cao độ ngang với mặt bàn 0,75m. - Mật độ công suất: P o = 7.85(W/m 2 ) - Độ rọi trung bình trên mắt lưới: E Ave = 622( Lux) - Độ rọi lớn nhất: E Max =964 ( Lux) - Độ rọi nhỏ nhất: Emin=277( Lux) - Tỉ số: E Ave / E Min = 2,45 - Tỉ số: E Max / E Min = 3,5 Theo kết quả tính toán ta thấy chất lượng chiếu sáng của trung tâm rất tốt so với yêu cầu về độ rọi đối với phòng đọc là 300 Lux. Do nguồn cung cấp cho hệ thống chiếu sáng không nằm tập trung riêng nên việc xác định điện năng tiêu thụ của chúng không tiến hành được. Tuy nhiên có thể ước tính năng lượng tiêu thụ trong tháng 3 của hệ thống này khoảng 2700kWh. Hình4: Hình ảnh lưới độ rọi và các đường đẳng rọi. Hiệu quả: Đối với Trung tâm có thể lắp hai cái Floresave D32A dùng cho hệ thống đèn huỳnh quang và cao áp. Với khả năng tiết kiệm hơn 35%, hàng tháng sẽ tiết kiệm được 1100kWh. Chi phí tiết kiệm hàng tháng 66 USD. Chi phí đầu tư 1600 USD. Thời gian thu hồi vốn 25 tháng. KẾT LUẬN: + Ý nghĩa thực tiễn: Với các kết quả phân tích được ở trên ta thấy Trung tâm Học liệu – ĐHĐN hoàn toàn có khả năng tiết kiệm năng lượng tiêu thụ. Các phương án được đề xuất có mức tiết kiệm đạt được khác nhau, trung tâm tùy theo khả năng của mình có thể có những biện pháp đầu tư hợp lí để có được hiệu quả cao hơn trong việc sử dụng năng lượng. + Hướng phát triển: Chương trình tiết kiệm năng lượng một khi được ứng dụng rộng rãi thì hiệu quả nó mang lại sẽ rất đáng kể. Việc nghiên cứu tổng thể về kiểm toán và tiết kiệm năng lượng ở quy mô toàn quốc gia, đặc biệt là ở nước ta, chính phủ đang tích cực kêu gọi toàn dân tiết kiệm điện thì vấn đề này càng mang ý nghĩa to lớn. Nước ta sẽ tiết kiệm được một khoản chi phí năng lượng khổng lồ, đồng thời khai thác được một nguồn năng lượng mới vốn đã có sẵn đó là nguồn năng lượng tiết kiệm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Các chế độ của hệ thống năng lượng, LM Markovits, Trần Đình Long, Bùi Ngọc Thư, Bùi Thiên Dụ, Hà Học Trạc (dịch), NXB KH-KT năm 1975. [2] Dự án TKNL thương mại thí điểm, Tài liệu đào tạo năm thứ hai về quy trình và thủ tục làm dự án TKNL, Bộ Công Nghiệp năm 2005. [3] Kỹ thuật chiếu sang, Patrick Vandeplanque, Lê Văn Doanh, Đặng Văn Đào (dịch), NXB KH-KT năm 2000. [4] Chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo, PGS.TS Phạm Đức Nguyên, NXB KH-KT năm 1997. [5] Máy lạnh và điều hòa không khí, Nguyễn Văn May, NXB KH-KT năm 2006. [6] www.eccj.com [7] www.energyefficientasia.org . 1. Giới thiệu chu trình xây dựng dự án kiểm toán năng lượng và sử dụng năng lượng hiệu quả 1.1. Chu trình xây dựng dự án kiểm toán năng lượng Kiểm toán năng lượng là hoạt động nhằm đánh giá. lí nguồn năng lượng sử dụng nhằm đạt hiệu quả cao hơn. 8. Phát triển sử dụng các nguồn năng lượng có khả năng tái tạo. 1.2.2. Sử dụng năng lượng trong các tòa nhà Đối với các tòa nhà, việc. Hình 1: Các bước xây dựng dự án KTNL 1.2. Sử dụng năng lượng hiệu quả trong các cơ sở tiêu thụ năng lượng Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là sử dụng năng lượng một cách hợp lý,