Nghiên cứu tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG 1.1 Chiến lược tiết kiệm năng lượng trên thế giới 1.2 Tình hình tiết kiệm năng lượng ở Việt Nam 1.3 Lợi ích của việc tiết kiệm năng lượng mang lại CHƯƠNG II: NHỮNG GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH 2.1. Tiết kiệm năng lượng đối với động cơ 2.2 Nâng cao hiệu suất của máy nén 2.3. Nâng cao hiệu quả của thiết bị ngưng tụ 2.4. Nâng cao hiệu quả của thiết bị bay hơi 2.5 Một số biện pháp khác 2.6 Giải pháp tiết kiệm trong hệ thống điều hòa 2.7 Biện pháp năng lượng bằng quản lý năng lượng CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO CÁC HỆ THỐNG LẠNH 3.1. Tính toán tiết kiệm năng lượng đối với động cơ 3.2 Tính toán nâng cao hiệu suất của máy nén 3.3 Tính toán nâng cao hiệu suất của thiết bị bay hơi 3.4 Tính toán lắp đặt các bình trữ lạnh đối với các hệ thống lạnh gián tiếp 3.5 Tính toán tiết kiệm năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO MỘT SỐ HỆ THỐNG LẠNH CỤ THỂ CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1. Các kết luận 5.2. Khả năng ứng dụng của đề tài vào thực tế. 5.3. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THÀNH VĂN

Đà Nẵng –năm 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

HOÀNG THÀNH ĐẠT

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Lý do chọn đề tài:

MỞ ĐẦU

Cuộc sống hiện đại hôm nay, với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế

và khoa học kỹ thuật, nhu cầu về sử dụng năng lượng là rất lớn Các nguồn năng lượng dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên ngày càng cạn kiệt Vì vậy, ngoài việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng khác như: năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng, năng lượng Biogas thì việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển kinh tế của thế giới

Tiết kiệm năng lượng là một chính sách quan trọng của hầu hết các quốc gia trên thế giới Các nhà máy, xí nghiệp, các cơ quan sản xuất, kinh doanh và sinh hoạt dân dụng ở nước ta đang sử dụng các hệ thống lạnh có hiệu quả không cao và tổn thất nhiệt lớn Nhiều hệ thống như: Các kho cấp đông, trữ đông trong đông lạnh thủy sản, nông sản, các hệ thống sản xuất nước đá, trong hệ thống làm bia, trong hệ thống điều hòa không khí, các máy lạnh dân dụng, các nhà máy hóa lỏng khí chi phí năng lượng lớn, sản phẩm làm ra có giá thành cao, mất sức cạnh tranh với các sản phẩm trên thị trường ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh doanh và sản xuất

Chính vì vậy chúng ta cần phải nghiên cứu tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống lạnh một cách có hiệu quả, giảm chi phí vận hành trong hệ thống lạnh

Người thực hiện Hoàng Thành Đạt

2 Mục tiêu nghiên cứu:

3 Nội dung nghiên cứu:

1 Nghiên cứu, các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh

2 Tính toán các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh

3 Nghiên cứu tính toán ứng dụng tiết kiệm năng lượng cho một số hệ thống lạnh cụ thể

4 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu trong đề tài là nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

5 Tài liệu nghiên cứu:

- Tài liệu về truyền nhiệt

- Các tài liệu về thiết bị trao đổi nhiệt

- Tài liệu về tiết kiệm năng lượng

- Tài liệu về nhiệt động

- Các tài liệu về máy và thiết bị lạnh

- Các nguồn tài liệu từ Internet

5 Ý nghĩa thực tiễn:

Ứng dụng tiết kiệm năng lượng cho các hệ thống lạnh công nghiệp và trong dân dụng

6 Bố cục luận văn:

Luận văn bao gồm 5 chương, không kể phần mở đầu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

1.1 Chiến lược tiết kiệm năng lượng trên thế giới

1.2 Tình hình tiết kiệm năng lượng ở Việt Nam

1.3 Lợi ích của việc tiết kiệm năng lượng mang lại

CHƯƠNG II: NHỮNG GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG

HỆ THỐNG LẠNH

2.1 Tiết kiệm năng lượng đối với động cơ

2.2 Nâng cao hiệu suất của máy nén

2.3 Nâng cao hiệu quả của thiết bị ngưng tụ

2.4 Nâng cao hiệu quả của thiết bị bay hơi

2.5 Một số biện pháp khác

2.6 Giải pháp tiết kiệm trong hệ thống điều hòa

2.7 Biện pháp năng lượng bằng quản lý năng lượng

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÁC GIẢI PHÁP TIẾT

KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO CÁC HỆ THỐNG LẠNH

3.1 Tính toán tiết kiệm năng lượng đối với động cơ

3.2 Tính toán nâng cao hiệu suất của máy nén

3.3 Tính toán nâng cao hiệu suất của thiết bị bay hơi

3.4 Tính toán lắp đặt các bình trữ lạnh đối với các hệ thống lạnh gián tiếp 3.5 Tính toán tiết kiệm năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí

CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG TIẾT KIỆM

NĂNG LƯỢNG CHO MỘT SỐ HỆ THỐNG LẠNH CỤ THỂ

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

5.1 Các kết luận

5.2 Khả năng ứng dụng của đề tài vào thực tế

5.3 Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

1.1 Chiến lược tiết kiệm năng lượng trên toàn thế giới

Hiện nay trên thế giới đang và đã có những chiến lược cụ thể nhằm đánh thức tính

tự giác về việc tiết kiệm năng lượng trong mỗi con người chúng ta Điển hình có những hoạt động như: Quỹ quốc tế về bảo vệ thiên nhiên (WWF) vừa phát động chiến dịch mang tên Giờ Trái đất trên toàn thế giới, nhằm kêu gọi 1 tỷ người ở 1.000 thành phố cùng tắt điện trong một giờ để góp phần ngăn chặn sự biến đổi khí hậu Hơn 3.400 các thành phố ở 88 quốc gia trên thế giới hôm 28-3 đã đồng loạt “tắt đèn” trong một tiếng đồng hồ (từ 20h30 đến 21h30 giờ VN) để hưởng ứng Giờ Trái đất Gồm có (New Zealand, Thành phố Melbourne, Thành phố Sydney (Úc), Tại đảo quốc Fiji quốc gia ở Thái Bình Dương, Sân vận động Tổ chim ở thủ đô Bắc Kinh, Trung tâm tài chính Hồng Kông, lâu đài Hoàng gia ở thủ đô Stockholm (Thụy Điển), thành phố Detroit, bang Ontario, CanadaSears tòa nhà chọc trời tại Chicago (Mỹ), Tháp đôi Petronas một biểu tượng của thủ đô Kuala Lumpur, Malaysia…v v )

- Hay như: Microsoft hiện đang mở rộng trụ sở với dự án lên đến 1 tỷ USD Các

tòa nhà mới này sẽ trang bị các tính năng thân thiện với môi trường Ví dụ, chúng sẽ

sử dụng hệ thống làm mát dưới sàn có thể tiết kiệm năng lượng do chỉ thổi khí lên

từ phía dưới sàn, hơn là làm mát từ trần nhà, phải tốn năng lượng cho việc đẩy khí làm mát đi ngược lại chiều di chuyển của luồng khí nóng bốc lên trên Các toà nhà còn có hệ thống đèn chiếu sáng tự động bật lên khi có ai đó vào phòng và tự động tắt khi không có ai trong phòng

- Trong các chiến dịch khôi phục kinh tế của mình tổng thống Mỹ - Barack Obama

đã từng tuyên bố, các chính sách kinh tế mới của nước Mỹ là hướng vào chính sách tiết kiệm năng lượng Ngoài ra còn những nghiên cứu mới nhằm tìm ra những năng lượng mới

- Ở Iceland khai thác sức nóng trong lòng đất không chỉ giúp Iceland giải quyết được nhu cầu về năng lượng sạch và rẻ tiền, mà còn giúp nước này thu hút đầu tư nước ngoài

- Nước Đức đã có những nỗ lực tích cực trong việc bảo tồn năng lượng bằng những thay đổi gần đây trong Luật Xây dựng, các tiêu chuẩn bảo tồn năng lượng trong xây dựng, với sự phát triển của kiểu “ngôi nhà thụ động” (passive house) - một ngôi nhà

có hiệu quả về năng lượng và những ngôi nhà đó ra đời với mục tiêu chỉ tiêu thụ dưới 1,5 lít dầu/m2/năm

1.3 / Tình hình tiết kiệm năng lượng ở Việt Nam:

Ở Việt nam hiện nay, các khảo sát thực tế cho thấy tính hiệu quả của việc khai thác

và sử dụng năng lượng hiện đang còn ở mức khá thấp Ví dụ, suất tiêu hao năng lượng (kgOE/USD) trong lãnh vực công nghệ của Việt Nam cao hơn từ 2,4 đến 3,6 lần so với các nước trong khu vực Tương tự trong phạm vi các tòa nhà chỉ số tiêu thụ điện tính trên 1 m sàn cao hơn từ 30% đến 50% so với công trình cùng loại ở các nước Châu Á có áp dụng các biện pháp tiết kiệm năng lượng

Việc khai thác năng lượng không hiệu quả không chỉ gây ra các tổn thất kinh

tế, mà còn góp phần hủy hoại môi trường Thật vậy theo số liệu thống kê, ở các nước châu Âu để sản xuất ra 1kWh điện người ta thải vào môi trường 0,6kg CO2, thành phần chủ yếu gây hiệu ứng nhà kính làm gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển Còn ở Việt Nam hàm lượng CO2 thải ra tính trên 1kWh điện sản xuất được chắc chắn cao hơn

- Hiện nay các cơ quan nhà nước, công ty, và cả những hộ gia đình đang th ực hiện tiết kiệm theo nghị quyết của chính phủ nói chung và nghành điện nói riêng Bằng cách có những quy định mang tính tự giác: tắt những thiết bị không cần thiết trong thời gian làm việc và luôn tắt các thiết bị điện, điều hòa không khí khi hết giờ làm việc

- Ngoài ra còn các chính sách nhà nước về tiết kiệm năng lượng, các chương trình

hỗ trợ tư vấn, kiểm toán năng lượng, các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong công nghiệp, …đã cung cấp cho doanh nghiệp những giải pháp kỹ thuật cũng như những chương trình hỗ trợ tài chính khi doanh nghiệp thực hiện tiết kiệm năng lượng

- Nhà nước đã đưa ra rất nhiều chính sách và dự án lớn về phát triển ngành năng lượng tái tạo mới thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống Ngoài ra thời gian

diễn ra sự kiện “Giờ Trái đất trên toàn thế giới” như đã nói ở trên Việt Nam chúng

ta cũng đã tham gia rất tích cực (Từ 20h30 đến 21h30, Hà Nội, Huế, Hội An, Khánh Hòa, TP HCM, Cần Thơ cùng với gần 4.000 thành phố tại 88 quốc gia đã đồng loạt tắt đèn và thiết bị điện không cần thiết)

Có thể nói, việc sử dụng điện ở nước ta còn rất lãng phí, trong khi đó các tài nguyên quốc gia để sản xuất ra điện ngày càng cạn kiệt, vì vậy cần phải hết sức tiết kiệm

"Chúng ta phải ý thức được rằng, tiết kiệm điện là một việc làm thường xuyên và liên tục, đặc biệt là trong tình hình khó khăn về nguồn điện như hiện nay thì tiết kiệm điện là biện pháp tốt nhất để giảm thiểu tình trạng thiếu điện"

Tóm lại, cần có một chiến lược lâu dài và các giải pháp đồng bộ hơn từ cấp Nhà nước đến cơ sở, có như vậy mới có thể thực hiện thành công Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia trong giai đoạn hội nhập kinh tế quốc tế

Việc khai thác năng lượng không hiệu quả không chỉ gây ra các tổn thất kinh

tế, mà còn góp phần hủy hoại môi trường Thật vậy theo số liệu thống kê, ở các nước châu Âu để sản xuất ra 1kWh điện người ta thải vào môi trường 0,6kg CO2, thành phần chủ yếu gây hiệu ứng nhà kính làm gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển Còn ở Việt Nam hàm lượng CO2 thải ra tính trên 1kWh điện sản xuất được chắc chắn cao hơn

1.4 / Lợi ích của việc tiết kiệm năng lượng mang lại:

- Tiết kiệm năng lượng đồng nghĩa với việc tiết kiệm tiền chi phí đầu vào và như vậy sẽ tiết kiệm được chi phí đầu ra, tăng sức cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời góp phần cải thiện môi trường khí quyển Một điều hiển nhiên mà ai cũng biết “Tiết kiệm là quốc sách”, với vấn đề tiết kiệm năng lượng ngoài tầm vi mô là tiết kiệm điện, tiết kiệm tiền nó còn là vấn đề quan tâm của xã hội hiện nay Hàng ngày hàng giờ trong mỗi chúng ta đang sử dụng năng lượng khác nhau để phục vụ cuộc sống điện thắp sáng, xăng chạy xe, Nhưng chúng ta có biết rằng hoặc đôi khi chúng ta cũng quên đi những hậu quả của nó sẽ làm cuộc sống ngày càng xấu đi Xã hội sẽ không còn phải cảnh báo rằng nguy hại của băng tan hay hiệu ứng nhà kính, trái đất

đang nóng dần lên nếu chúng ta biết tiết kiệm sử dụng đúng lúc đúng chỗ

CHƯƠNG II NHỮNG GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

TRONG HỆ THỐNG LẠNH

2.1 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ

2.1.1 Lựa chọn thông số động cơ cho phù hợp

Đại đa số chúng ta có xu hướng chọn công suất động cơ quá lớn hơn yêu cầu với ý tưởng là: để đảm bảo động cơ khỏe đối với phụ tải

Đôi khi chúng ta nghĩ rằng công suất dư thừa chỉ là sự chênh lệch nhỏ trong giá mua Thật ra động cơ dư công suất (tức là chúng làm việc thấp hơn 50% tải định mức ) là không kinh tế vì:

- Chi phí mua động cơ cao hơn

- Tiền điện tăng do hiệu suất động cơ giảm

Ví dụ: [1] trang 155 có phụ tải yêu cầu là 8,2 kW, hiện đang sử dụng động cơ của Siemens 1LA2-207-2AA công suất định mức 37kW Thời gian hoạt động trong năm 6000 giờ, giá tiền điện trung bình 500đ/kWh Thông số động cơ đang sử dụng

lớn so với phụ tải (chỉ bằng 22% so với công suất động cơ)

Ta hãy tính xem nếu dùng động cơ có công suất phù hợp với phụ tải (tra ở cẩm nang động cơ của hãng Siemens 1LA2-207-2AA ) đó là động cơ công suất 11kW thì sẽ tiết kiệm mỗi năm được bao nhiêu tiền điện Động cơ với Pđm = 11kW

- 160 M-ILA7-163-2AA có nhiệu suất định mức đinhmuc  89%

37.{(1/0,905) – 1}.0,7(13,22/42,53)2 = 0,263 kW

Tổng cộng: 1,165 + 0,263 = 1,428kW

Đối với động cơ Pđm = 11kW gọi là P11

Công suất biểu kiến hệ tiêu thụ (vì công suất động cơ phù hợp với phụ tải nên cosφ

Tiền tiết kiệm được là: 2946 x 800 = 2356800đ

Nhưng thực tế chúng ta đã lãng phí rất nhiều trong quá trình vận hành

- Một số thiết bị vì lý do nào đó, dự phòng hoặc tính sai nên động cơ thường

dư công suất chạy non tải nên ta cần tính toán chọn lại động cơ cho phù hợp

- Chuyển sang khởi động sao-tam giác với các động cơ công suất lớn trên 5,5kW Muốn hệ thống truyền động điện tự động làm việc đúng các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và an toàn, cần chọn đúng động cơ điện

Nếu chọn động cơ không phù hợp, công suất động cơ quá lớn, sẽ làm tănggiá thành, giảm hiệu suất truyền động và giảm hệ số công suất cos

Ngược lại, nếu chọn động cơ có công suất quá nhỏ so với yêu cầu thì có thể động cơ không làm việc được hoặc bị quá tải dẫn đến phát nóng quá nhiệt độ cho phép gây cháy hoặc giảm tuổi thọ động cơ

Khi chọn động cơ phải căn cứ vào trị số và chế độ làm việc của phụ tải; phảixét đến sự phát nóng của động cơ lúc bình thường cũng như lúc quá tải

Khi máy điện làm việc sẽ phát sinh các tổn thất P và tổn thất năng lượng P công suất.

Tổn thất này sẽ đốt nóng máy điện Nếu máy điện không có sự trao đổi nhiệt với môi trường thì nhiệt độ trong máy điện sẽ tăng đến vô cùng và làm cháy máy điện Thực tế thì trong quá trình làm việc, máy điện có trao đổi nhiệt với môi trường nên nhiệt độ trong nó chỉ tăng đến mội giá trị ổn định nào đó

CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG VÀ CÁC BƯỚC CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN Chỉ tiêu kỹ thuật

Động cơ được chọn phải thích ứng với môi trường làm việc:

Tuỳ theo môi trường: khô - ướt, sạch - bẩn, nóng - lạnh, hoá chất ăn mòn, dễ nổ,

mà chọn các động cơ kiểu: hở - kín, chống nước, chống hoá chất, chống nổ, nhiệt đới hoá,

Động cơ được chọn phải thoả mãn điều kiện phát nóng khi làm việc bình thường cũng như khi quá tải

Động cơ được chọn phải đảm bảo tốc độ yêu cầu: tốc độ định mức, có điều chỉnh tốc độ hay không, phạm vi điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh trơn hay điều chỉnh có cấp Chọn loại động cơ thông dụng hay động cơ có điều chỉnh tốc độ Chọn loại động cơ xoay chiều hay động cơ một chiều

Động cơ được chọn phải đảm bảo khởi động, hãm, đảo chiều tốt

Chỉ tiêu kinh tế

Động cơ được chọn phải làm việc với hiệu suất kinh tế cao, vốn đầu tư bé, chi phí vận hành thấp, bảo quản và sửa chữa thấp, sử dụng hết công suất

2.1.2 Sử dụng bộ truyền dây coroa dẹt

- Dây V thường bị kéo ra và trơn nên gây ra tổn thất năng lượng

- Mức tiết kiệm phụ thuộc vào điều kiện của dây V khoảng 4-12%

2.1.3 Sử dụng bộ biến tần:

Các động cơ điện sử dụng rộng rãi đối với các bơm, quạt, máy nén trong các

hệ thống lạnh Đa số các động cơ này là loại tiêu chuẩn, 3 pha kiểu cảm ứng AC vận hành ở một tốc độ

Bộ biến tần có giá thành giảm đáng kể trong những năm gần đây Việc sử dụng biến tần là phương thức hiệu quả năng lượng nhất cho đầu vào điều kiển bơm, quạt và máy nén

Trong cá hệ thống lạnh chúng được xem xét sử dụng cho các trường hợp sau:

- Các bơm, quạt, máy nén hiện đang được điều kiển chuyển mạch hay tiết lưu

- Điều kiển lưu lượng qua bộ trao đổi nhiệt

- Điều kiển các quạt của thiết bị ngưng tụ

- Nơi mà động cơ nhiều tốc độ đang được sử dụng

2.1.3.1 Nguyên lý làm việc

Biến tần được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhưng biến tần đạt được hiệu quả cao nhất trong ứng dụng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ Tùy vào việc ứng dụng biến tần trong những lĩnh vực điều khiển khác nhau mà hiệu quả của nó mang lại cho người ứng dụng thể hiện

ở các mặt khác nhau như: tiết kiệm năng lượng, khởi động mềm…

Nguyên lý làm việc của bộ biến tần khá đơn giản: Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện 1 chiều bởi bộ chỉnh lưu cầu Diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosφ của biến tần đều không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0,96 Điện áp 1 chiều này lại được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua hệ IGBT bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của các công nghệ hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm, nhằm giảm tiếng ồn cho động

cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra

có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tùy theo chế độ điều khiển

Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp tần số là không đổi Tuy vậy, với tải bơm và quạt, luật này lại là hàm bậc 4 (điện áp là hàm bậc 4 của tần số) Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc 2 của tốc độ, phù hợp với yêu cầu của tải bơm do bản thân mô men cũng là hàm bậc 2 của điện áp Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao, vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại

Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống Với các hệ thống không sử dụng biến tần, chẳng những năng lượng tổn hao

đã gây ra lãng phí lớn, mà bản thân nó còn gây ra những tác hại không nhỏ cho hệ thống Các van bị mòn đi rất nhanh, các chi tiết cơ khí trên hệ thống bị chịu áp lực nhiều hơn cần thiết, chóng mỏi và mau hỏng hơn Như vậy, sẽ mất thêm chi phí cho bảo trì hệ thống

Khi hoạt động, bộ biến tần MM430 luôn chỉ điều khiển cho một bơm chính Nếu nhu cầu thực tế lớn hơn khả năng làm việc của nó, thì hệ thống sẽ lần lượt khởi động các bơm dự phòng tiếp theo cho đến khi đáp ứng được yêu cầu Quá trình khởi động các bơm dự phòng này chỉ dùng duy nhất một bộ khởi động mềm

Tính tiết kiệm năng lượng của biến tần được xây dựng trên cơ sở của việc thông qua cảm biến nhiệt độ để quyết định chế độ bơm tối ưu, đảm bảo đáp ứng yêu cầu thực tế của hệ thống, tức là khi công nghệ yêu cầu các mức lưu lượng khác nhau, thì biến tần sẽ điều khiển cho động cơ của bơm hoặc quạt gió quay ở các tốc

độ khác nhau Điều này sẽ giúp cho công suất tiêu thụ được giảm đi một cách đáng

kể Vì vậy, lưu lượng đầu ra vừa phù hợp với yêu cầu thực tế, vừa không phải sử dụng van để giải phóng năng lượng thừa

Còn hệ thống điều khiển dùng van có điểm yếu ở chỗ, trường hợp yêu cầu 80% lưu lượng định mức, nó đã chiếm tới 96% công suất tiêu thụ danh định, trong khi biến tần chỉ cần 52%, tức là hệ biến tần có thể tiết kiệm được 44% điện năng Mặc dù khi giảm lưu lượng ra, năng lượng tiêu thụ cũng giảm đi, nhưng tổn hao trên các thiết bị khống chế như các van vẫn còn lớn

Khi không dùng van (hoặc để các van sẵn có mở tối đa), đương nhiên sẽ không còn tổn thất trên van, động cơ cũng không phải sinh công suất cơ trên trục lớn hơn nhu cầu thực Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số (cùng với thay đổi điện áp) nên luôn đảm bảo mô men khởi động đủ vượt tải ngay cả khi ở tốc độ rất thấp Đồng thời dòng điện đưa vào động cơ không tăng, do phối hợp giữa điện áp và tần số để giữ cho từ thông đủ sinh mô men Dòng khởi động lớn nhất của

hệ truyền động biến tần chỉ bằng dòng định mức Chính vì vậy, không làm sụt áp lưới khi khởi động, đảm bảo các ứng dụng khác không bị ảnh hưởng

Khả năng tự động hoá hệ thống nhờ bộ PID tích hợp sẵn bên trong dùng cho điều khiển vòng kín, cổng giao tiếp với hệ thống tự động hoá RS485 có trên bộ biến tần Quá trình khởi động được mềm hoá nên các chi tiết cơ khí của hệ truyền động

sẽ ít bị mòn mỏi hay gãy vỡ, đảm bảo tuổi thọ cao Vì vậy, chi phí cho bảo trì bảo dưỡng hệ thống được giảm đáng kể

Hệ số công suất cosφ luôn được giữ ở 0.96, điều này khiến cho lưới điện có hiệu suất sử dụng cao và giảm chi phí cho hệ thống bù công suất phản kháng, đảm bảo chế độ điều khiển liên tục, phù hợp tuyệt đối với đòi hỏi của công nghệ về lưu lượng gió thổi Tất cả những lợi ích trên đã làm tăng chất lượng của quá trình và tiết kiệm năng lượng rất lớn

Giải pháp này không chỉ hoạt động hiệu quả ở nhiều nước trên thế giới mà hiện nay cũng đang được áp dụng tại Việt Nam rất nhiều

2.1.3.2 MỘT VÀI LOẠI BIẾN TẦN:

Một số loại biến tần thông dụng

Model :3G3JE-A2004 : 0,4KW Biến tần FX Servo

Biến tần FUJI - FRENIC

Hình 3.1: Các loại biến tần thông dụng

- Hiện nay Siemens có 1 số dòng sản phẩm khá quen thuộc với thị trường như: G110; MM420, MM430, MM440

- Với dòng sản phẩm biến tần MM430 với dãy công suất rất lớn được thiết kế chuyên dùng cho Bơm, Quạt với những tính năng PID, điều khiển phân tầng Đạt được hiệu quả rất cao trong ứng dụng đặc biệt là tiết kiệm năng lượng, giảm đáng

kể chi phí cho nhà máy

- Song song bên cạnh dòng MICROMASTER (MM420, MM430, MM440) Siemens cũng phát triển Dòng Biến tần SINAMICS(G110, G120, G130, G150)

- Hiện tại dòng biến tần Sinamic G110 khá thân thuộc với mọi người, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong dân dụng

- Hiện tại Siemens đã giới thiệu dòng sản phẩm mới Biến tần Sinamic G120 đáp ứng tối đa nhu cầu của khách hàng Sinamic G120 được thiết kế dạng modul hóa đáp ứng tất cả các ứng dụng phức tạp, cho người sử dụng thêm nhiều lựa chọn hơn, giảm chi phí và phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng cũng như những tính năng mà mình mong muốn

2.1.3.3 Các ứng dụng của máy biến tần

- Điều chỉnh lưu lượng tiết kiệm năng lượng dùng để điều chỉnh trong cácđộng cơ kéo bơm, quạt, máy nén

- Điều khiển các cấp tốc độ dùng trong điều khiển các hệ thống dệt may

- Điều khiển dừng chính xác dùng trong các máy cắt vải cao su, máy cán cắt tôn , các hệ thống cẩu trục

- Cân bằng định lượng dùng trong nhà máy xi măng

2.1.3.3 Các ưu điểm đem lại từ việc lắp bộ biến tần:

Giúp quá trình khởi động mềm hơn, tiêu thụ ít điện năng hơn và tuổi thọ của máy do đó cũng tăng lên

Có thể thay đổi vận tốc vòng vô cấp mà mô men xoán trên trục động cơ không thay đổi

Luôn cung cấp vừa đủ điện năng phù hợp với phụ tải thực của động cơ tại từng thời điểm Điều này giúp động cơ tiêu thụ điện năng một cách hợp lý hơn ở chế độ non tải (ở chế độ non tải hiệu suất của động cơ rất thấp)

Như vậy đối với các động cơ cần thay đổi tốc độ và thường xuyên vận hành

ở chế độ non tải thì lắp biến tần là giải pháp tốt nhất

Công suất tiêu thụ(%)

Hình 2.1 Đồ thị đặc tính công suất – lưu lượng của bơm ly tâm

khi lắp biến tần và không lắp biến tần

- Chức năng điều khiển phân tầng: nhờ vào bộ điều khiển PID biến tần điều khiển cùng lúc đến 04 động cơ (1 động cơ chạy theo tần số điện áp của biến tần, 3 động

cơ còn lại chạy theo tần số điện áp lưới), nhờ vào tính năng này ta có thể dễ dàng nâng cấp tải hệ thống và luân phiên chọn động cơ chạy với biến tần nhằm nâng cao tuổi thọ cho động cơ, ngoài ra giúp cho việc bảo trì dễ dàng hơn mà vẫn đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục

- Chức năng chống chạy không tải: Người sử dụng có thể cài đặt 1 số thông số (P2189; P2190; P2187; P2188; P2185; P2186) theo dõi dải moment động cơ nhờ đó phát hiện quá tải hay thấp tải, những hư hỏng cơ khí như: đứt dây truyền động, bơm

Bơm ly tâm khi chưa lắp biến tần

Bơm ly tâm khi lắp biến tần

không có nước Để kịp thời báo lỗi và dừng hệ thống, bảo vệ tối đa cho hệ thống của nhà máy Ngoài những tính năng cơ bản trên biến tần Siemens cũng khá mạnh trong truyền thông Profibuss hay USS

* Khi chúng ta sử dụng biến tần vào 1 hệ thống ngoài những tính năng cơ bản trên biến tần còn mang lại những hiệu quả như :

- Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số (cùng với thay đổi điện

áp) nên luôn đảm bảo mômen khởi động đủ vượt tải ngay cả khi ở tốc độ rất thấp Trong khi đó, dòng điện đưa vào động cơ không tăng, do phối hợp giữa điện áp và tần số để giữ cho từ thông đủ sinh mô men Dòng khởi động lớn nhất của hệ truyền động biến tần chỉ bằng dòng định mức Chính vì vậy không làm sụt áp lưới khi khởi động, đảm bảo các ứng dụng khác không bị ảnh hưởng

- Do quá trình khởi động được mềm hoá nên các chi tiết cơ khí của hệ truyền

động như băng tải, các khớp nối, các vòng bi, ổ đỡ trong hệ thống sẽ ít bị mòn hay gẫy vỡ Các chi tiết vòng đệm, các đồng hồ áp lực hay lưu lượng, đặt trên đường ống dẫn sẽ được đảm bảo tuổi thọ cao Vì vậy, chi phí cho bảo trì bảo dưỡng hệ thống giảm đáng kể

- Hệ số công suất cos(φ) luôn được giữ ở 0.96 Điều này đảm bảo cho lưới

điện có hiệu suất sử dụng cao và giảm chi phí cho hệ thống bù công suất phản kháng

- Đảm bảo chế độ điều khiển liên tục, phù hợp tuyệt đối với đòi hỏi của công

nghệ về lưu lượng và áp suất Điều này làm tăng chất lượng của quá trình

- Tạo khả năng tự động hoá hệ thống, nhờ bộ PID tích hợp sẵn bên trong

dùng cho điều khiển vòng kín; cổng giao tiếp với hệ thống tự động hoá RS485 có sẵn trên bộ biến tần tạo khả năng ghép nối và điều khiển hệ truyền động từ xa dễ dàng

2.1.5 Sử dụng bộ powerboss

2.1.5.1 Nguyên lý làm việc

- Điều khiển bởi một bộ vi xử lý và phần mềm đặc biệt, liên tục theo dõi “tính hiệu quả” của động cơ, tính toán để cung cấp lượng điện phù hợp và chính xác với nhu cầu của tải Powerboss chính là giải pháp đơn giản và hiệu quả nhất cho các ứng dụng mà không làm giảm tốc độ động cơ, thậm chí một sự thay đổi nhỏ về tải cũng được phát hiện và đáp ứng trong “một phần trăm giây”

- Tính hữu dụng của công nghệ số đã cho phép Powerboss mang đến giải pháp công nghệ khởi động mềm với hiệu quả rất tốt cho động cơ Bằng cách điều chỉnh tức thời tại giao điểm điện áp 0 (không) qua mỗi nửa chu kỳ của điện áp cung cấp,

nó có thể điều chỉnh dòng qua các Thyristors bằng cách điều khiển điện áp Thyristors được chuyển sang vị trí ON tại thời điểm đã được tính toán trên hình sóng và kết thúc tại giao điểm 0 trên hình sóng, giá trị dòng điện nào nhỏ hơn sẽ được phép đi qua

- Sử dụng nguyên tắc này và bằng cách kết nối 2 Thyristor song song ngược chiều nhau trong mỗi pha của động cơ, Powerboss liên tục điều chỉnh điện áp đến động cơ bằng cách điều khiển điểm ON của Thyristors Điều khiển động liên tục được cung cấp đến động cơ qua một bộ vi điều khiển với phần mềm điều khiển được tích hợp sẵn

- Powerboss cũng được thiết kế để phù hợp giám sát dòng điện từ động cơ, và vì vậy có thể tiết kiệm năng lượng tối đa mà không cần dừng ứng dụng

 Powerboss sẽ giúp chúng ta làm các việc:

1 Đánh giá tải của động cơ sau mỗi chu kỳ của nguồn cung cấp

2 Điều chỉnh điện áp tương ứng với tải

3 Khiến động cơ trở lên thông minh

4 Giúp kiểm soát động cơ

2.1.5.2 Ứng dụng của Powerboss

- Powerboss thường được sử dụng hầu hết cho các động cơ điện cảm ứng xoay chiều, các động cơ quá cỡ hay các chu trình tải biến đổi (tức là đa số các ứng dụng

có sử dụng động cơ)

- Những máy móc thích hợp cho Powerboss là: Máy nén, máy ép, máy thủy lực,

bơm dầu, cưa gỗ, máy nghiền, máy cắt, máy dệt may công nghiệp, băng tải, các ứng dụng bánh đà Tuy nhiên loại này lại không thích hợp cho các động cơ có yêu cầu

Hình 2.2: Khởi động mềm khi sử dụng powerboss

Ia - Dòng điện ban đầu khi khởi động trực tiếp

Is - Dòng điện bắt đầu có ramp điện áp

In - Điện áp định mức của động cơ

Us - Điện áp bắt đầu ramp (quá trình khởi động mềm)

Un - Điện áp định mức của động cơ

Tr - Thời gian ramp

n - Tốc độ động cơ

Lợi ích của việc khởi động mềm:

- Tăng tuổi thọ của tiếp điểm tiếp xúc của contactor và thiết bị điều khiển truyền tải

- Ngăn ngừa sụt áp nguồn cấp khi khởi động các động cơ lớn

- Cho phép nối nhiều thiết bị với nguồn cung cấp duy nhất

- Cho phép tắt và bật động cơ bất kì lúc nào vì thiết bị này đã làm giảm dòng khởi động

- Giảm lượng tiêu thụ điện lúc nhu cầu tối đa, giảm mài mòn và trầy xước

٭ Dừng mềm:

- Điều chỉnh tự động giúp động cơ giảm tốc từ từ, tránh tình trạng phát sinh mômen xoắn khi động cơ bị dừng đột ngột Đặc biệt đối với máy bơm nước thường xảy ra hiệu ứng va chạm thuỷ lực do dừng bơm đột ngột, gây ra hỏng bơm và ảnh hưởng lớn đến hệ thống đường ống do va đập thuỷ lực Dừng mềm cho phép loại bỏ hiện tượng này

Hình 2.3 Dừng mềm khi sử dụng Powerboss

٭ Tiết kiệm thời gian vận hành: tắt động cơ sau một khoảng thời gian chờ định trước, dự trữ năng lượng - tải /ngừng tải những tải có quán tính cao mà không ảnh hưởng tới hoạt động máy

٭ Tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng: Powerboss sẽ giám sát mức tải trên trục động cơ đối với mỗi chu kì cấp điện và cung cấp cho động cơ lượng điện cần thiết

để hoạt động một cách hiệu quả, tại bất kì một thời điểm nào trong cả quá trình vận hành Ngoài ra Powerboss còn tích hợp, kết nối các thiết bị xung quanh và có thể tự động ngắt động cơ khi động cơ đó không được sử dụng nhằm làm giảm hơn nửa lượng điện tiêu thụ

٭ Một số ưu điểm khác:

- Dể dàng lắp đặt: Powerboss rất dễ lắp đặt vào các hệ thống máy hay các bản điện sẵn có Nó có thể lắp đặt trực tiếp hoặc vào mạch có sẵn bộ khởi động sao, tam giác

- Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp

- Vận hành đơn giản: Powerboss vận hành thông qua một bộ điều khiển số được lập trình sẵn, nên có thể dễ dàng điều chỉnh được trong quá trình vận hành

Hình 2.4: Một số Powerboss trên thị trường

٭ Nhận xét: Cần lưu ý khi sử dụng một trong 2 thiết bị (biến tần – Powerboss)

- Bộ biến tần sử dụng tốt nhất cho các động cơ thay đổi tốc độ, các động cơ có thời gian hoạt động non tải và không tải lớn

- Powerboss có thể được lắp đặt trên hầu hết các loại động cơ điện cảm ứng xoay

chiều (AC) Tuy nhiên ứng dụng mang lại hiệu quả cao nhất là các động cơ có các chu trình tải biến đổi Powerboss sẽ không hoạt động nếu lắp đặt trên các động cơ một chiều (DC), động cơ vạn năng (Universal), động cơ hữu cấp (Stepper) Các ứng dụng động cơ có yêu cầu về biến đổi tốc độ, các ứng dụng chịu tải cố định thì lắp đặt Powerboss sẽ không có hiệu quả

2.2 Nâng cao hiệu suất máy nén

- Thường xuyên bảo dưỡng

- Thay thế máy nén hiệu suất cao hơn

- Đối với máy nén piston là áp suất cao, giá thành thấp nhưng nhược điểm là rất ồn, hiệu suất thấp, chi phí vận hành cao

-Trục vít : Ưu điểm rất êm, hiệu suất cao, chi phí vận hành thấp

Nhược điểm là giá hơi cao

Việc chọn máy mới phụ thuộc

- Công suất yêu cầu

- Điều kiện vận hành

- Môi chất làm lạnh

- Lắp đặt bộ biến tần điều khiển công suất máy nén phù hợp với yêu cầu phụ tải

Bảng 2-1: Hệ số cosφ của một số máy nén

Loại Máy lạnh Hệ số cos φ

2.3 Nâng cao hiệu quả của thiết bị ngưng tụ:

2.3.1 Giảm nhiệt độ ngưng tụ sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh:

Điều kiện môi trường giải nhiệt và chất giải nhiệt sẽ ảnh hưởng quyết định đến nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống lạnh

- Nhiệt độ ngưng tụ càng thấp thì hiệu quả làm lạnh càng cao Nếu nhiệt độ ngưng

tụ giảm 1oC thì năng lượng tiêu tốn giảm 2 - 3% Tuy nhiên nhiệt độ này lại bị giới hạn nhiệt độ của môi trường

Do đó trong quá trình vận hành cần phải giảm nhiệt độ ngưng tụ càng thấp càng tốt và luôn giữ ở giá trị tối ưu:

+/ Tách khí không ngưng ra khỏi bình ngưng

+/ Đảm bảo lưu lượng, nhiệt độ nước giải nhiệt đúng yêu cầu thường xuyên bảo dưỡng hệ thống bơm, quạt dàn ngưng

+/ Giữ tháp giải nhiệt sạch sẽ, định kì bảo dưỡng và vệ sinh

+/ Bảo dưỡng hệ thống phân phối nước tốt

+/ Tránh để dàn ngưng bị bức xạ trực tiếp

+/ Lắp đặt quạt tiết kiệm năng lượng có cánh dẫn hướng

+/ Lắp bộ điều khiển cho quạt dàn ngưng và tháp giải nhiệt

٭ Các bước tiến hành bảo dưỡng thiết bị ngưng tụ

Tình trạng làm việc của thiết bị ngưng tụ ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất làm việc của hệ thống, độ an toàn, độ bền của các thiết bị

+/ Bảo dưỡng thiết bị ngưng tụ bao gồm các công việc chính sau đây:

- Vệ sinh bề mặt trao đổi nhiệt sạch không bị bám bụi bẩn cản trở quá trình trao đổi nhiệt

- Xả dầu tích tụ bên trong thiết bị

- Bảo dưỡng cân chỉnh bơm quạt giải nhiệt

- Xả khí không ngưng ở thiết bị ngưng tụ

- Vệ sinh bể nước, xả cặn

- Kiểm tra thay thế các vòi phun nước, các tấm chắn nước (nếu có)

- Sơn sửa bên ngoài nhằm không bị hoen rỉ thiết bị trao đổi nhiệt

- Sửa chữa thay thế thiết bị điện, các thiết bị an toàn và điều khiển có liên quan +/ Bảo dưỡng bình ngưng:

- Để vệ sinh bình ngưng có thể tiến hành vệ sinh bằng thủ công hoặc có thể sử dụng hoá chất để vệ sinh

- Khi cáu cặn bám vào bên trong thành lớp dày, bám chặt thì nên sử dụng hoá chất phá cáu cặn Rửa bằng dung dịch NaCO3 ấm, sau đó thổi khô bằng khí nén

Trong trường hợp cáu cặn dễ vệ sinh thì có thể tiến hành bằng phương pháp vệ sinh

cơ học Khi tiến hành vệ sinh, phải tháo các nắp bình, dùng que thép có quấn vải để lau chùi bên trong đường ống Cần chú ý trong quá trình vệ sinh không được làm

xây xước bên trong đường ống, các vết xước có thể làm cho đường ống hoen rỉ hoặc tích tụ bẩn dễ hơn Đặc biệt khi sử dụng ống đồng thì phải càng cẩn thận

- Vệ sinh tháp giải nhiệt, thay nước mới

- Xả dầu: Nói chung dầu ít khi tích tụ trong bình ngưng mà chảy theo đường lỏng về bình chứa nên thực tế thường không có

- Định kỳ xả air và cặn bẩn ở các nắp bình về phía đường nước giải nhiệt

- Xả khí không ngưng trong bình ngưng: Khi áp suất trong bình khác với áp suất ngưng tụ của môi chất ở cùng nhiệt độ thì chứng tỏ trong bình có lọt khí không ngưng Để xả khi không ngưng ta cho nước tuần hoàn nhiều lần qua bình ngưng để ngưng tụ hết gas còn trong bình ngưng Sau đó cô lập bình ngưng bằng cách đóng van hơi vào và lỏng ra khỏi bình ngưng Nếu hệ thống có bình xả khí không ngưng thì nối thông bình ngưng với bình xả khí không ngưng, sau đó tiến hành làm mát và

xả khí không ngưng Nếu không có thiết bị xả khí không ngưng thì có thể xả trực tiếp

- Bảo dưỡng bơm giải nhiệt và quạt giải nhiệt của tháp giải nhiệt

2.4 Nâng cao hiệu quả của thiết bị bay hơi:

2.4.1 Tăng nhiệt độ bay hơi sẽ giúp tiết kiệm năng lượng:

Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hóa hơi gas bão hòa ẩm sau tiết lưu đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là một trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được trong các hệ thống lạnh Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm lạnh Đó là mục đích chính của hệ thống lạnh

Vì vậy, dù toàn bộ trang thiết bị hệ thống tốt đến đâu nhưng thiết bị bay hơi làm việc kém hiệu quả thì tất cả trở nên vô ích

2.4.2 Đảm bảo diện tích bốc hơi của dịch lỏng

Khi quá trình trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi kém thì thời gian làm lạnh tăng, nhiệt độ phòng không đảm bảo yêu cầu, trong một số trường hợp do không bay hơi hết lỏng trong dàn lạnh dẫn tới máy nén có thể hút ẩm về gây ngập lỏng Ngược lại, khi thiết bị bay hơi có diện tích quá lớn so với yêu cầu, thì chi phí đầu tư cao và

đồng thời còn làm cho độ quá nhiệt hơi ra thiết bị lớn Khi độ quá nhiệt lớn thì nhiệt

độ cuối quá trình nén cao, tăng công suất nén

Lựa chọn thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh

2.4.2 Thay thế van tiết lưu nhiệt bằng van tiết lưu điện tử

2.4.3 Thiết kế ống gió phù hợp

2.4.4 Tuần hoàn gió lạnh có thể

2.4.5 Tránh nhiệt thừa lọt vào phòng

2.4.6 Dùng bộ kiểm soát quá trình xã đá

2.4.7 Đảm bảo lượng môi chất và dầu thích hợp

2.4.8 Thường xuyên vệ sinh bảo dưỡng dàn lạnh

- Thiết kế đường ống gió phù hợp nhằm giảm tổn thất trên đường ống

- Tuần hoàn gió lạnh có thể để tận dụng nhiệt dư thừa

- Đảm bảo lượng môi chất và dầu thích hợp Tránh dầu cuốn theo vào dàn trao đổi nhiệt, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt

- Thường xuyên vệ sinh, bảo dưỡng dàn lạnh

2.6 Giải pháp tiết kiệm trong hệ thống điều hòa

Vào mùa hè, điện năng dùng cho hệ thống điều hoà là phụ tải chiếm tỉ lệ lớn nhất trong tổng phụ tải của khu vực hành chính sự nghiệp khoảng 70-80% nên cần có những giải pháp tiết kiệm điện trong điều hoà không khí

2.6.1 Giảm nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao che

- Đối với các công trình xây mới có thể giảm nhiệt thẩm thấu qua tường bằng cách xây tường 200, giữa có khoảng không, hoặc bổ sung một lớp cách nhiệt thích hợp

- Đối với công trình đã xây dựng có thể bọc cách nhiệt phía ngoài tường và ốp thêm một lớp nhựa tổng hợp

- Đối với mái có thể làm mái có tầng lưu thông, hoặc bọc cách nhiệt mái

2.6.2 Giảm nhiệt thừa do bức xạ mặt trời

Biện pháp khả thi nhất giảm nhiệt thừa là che nắng

- Đối với mái ta có thể che nắng bằng tôn

- Sử dụng rèm che cho của sổ các phòng học

- Khi thiết kế giảm đến mức tối đa cửa kính hướng về phía mặt trời

2.6.3 Giảm nhiệt thừa do rò lọt không khí

- Che chắn, làm kín khít các khe cửa, tuy nhiên nhiều lúc ta cần phải mở hé cửa để đảm bảo lượng khí tươi trong phòng

- Đối với các công trình có lượng người ra vào lớn có thể dùng phòng đệm hay màn chắn khí

2.6.4 Giảm nhiệt thừa do gió mang vào

- Để đảm bảo điều kiện tiện nghi trong phòng thì gió tươi cấp vào phòng phải đạt một nhiệt độ nhất định Vì vậy ta có thể sử dụng thông gió thu hồi nhiệt Nhờ thông gió thu hồi nhiệt sẽ giảm được nhiệt độ và độ ẩm gió tươi cấp vào nhờ trao đổi nhiệt với gió thải, do đó giảm được nhiệt thừa do gió tươi mang vào

2.7 Sử dụng hệ thống bồn trữ lạnh

Với tình hình thiếu điện như hiện nay, thường thì mùa khô vào khoảng tháng 3 tháng 4 nhưng nay mùa khô xuất hiện sớm hơn nhiều như vậy báo hiệu một khoảng thời gian dài thiếu điện Trên đà tăng trưởng kinh tế như nước ta hiện nay, nguồn điện cần cho sản xuất kinh doanh, nguồn điện cần cho dịch vụ yêu cầu ngày một nhiều hơn

Điều hòa không khí trung tâm tiêu thụ một lượng điện năng 40-50% tổng lượng điện của tòa nhà Tình hình cúp điện luân phiên nhằm giảm tải cho mạng lưới điện quốc gia ngày một nhiều hơn, như vậy một câu hỏi đặt ra là làm sao giảm lượng điện năng tiêu thụ vào giờ cao điểm để giảm bớt gánh nặng sử dụng điện cho quốc gia vào giờ cao điểm và cũng làm giảm bớt chi phí sử dụng điện cho chủ đầu tư Giải pháp Ice-Cel (Ice Thermal Storage - tích trữ lạnh vào giờ thấp điểm và sử dụng vào giờ cao điểm) là một phương pháp tối ưu để đối phó với tình hình hiện nay

2.7.1 Lý do & mục đích phải sử dụng hệ thống bồn trữ lạnh

- Theo tổng công ty điện lực Việt Nam EVN, các nhà máy điện của EVN chỉ đáp ứng khoảng 42% tổng nhu cầu điện trong cả nước Vì vậy sự thiếu hụt về điện ở nước ta là không thể tránh khỏi Theo thống kê trong một cao ốc văn phòng hay một khách sạn thì lượng điện cấp cho một hệ thống điều hòa không khí chiếm từ 44% đến 55% tổng lượng điện tiêu thụ Mặc khác, các hệ thống điều hòa không khí luôn luôn được thiết kế lớn hơn tải đỉnh của nó và số giờ để hệ thống làm việc ở phụ tải đỉnh trong ngày là rất ít, nên xét về hiệu quả kinh tế chưa cao

Để giảm phụ tải vào giờ cao điểm và nâng cao hiệu quả về kinh tế cho các hệ thống điều hòa không khí, việc ứng dụng công nghệ tích trữ lạnh vào việc cấp lạnh cho các hệ thống điều hòa không khí là rất hợp lý và cần thiết

- Từ đầu tháng 3/2009, giá điện sản xuất tăng bình quân 6-7,5%, giờ thấp điểm và cao điểm để tính giá điện được điều chỉnh theo hướng giờ cao điểm tăng gấp đôi giờ thấp điểm EVN quy định giờ cao điểm vào ban đêm từ 6h chiều đến 10h tối, nhưng nay biểu giá điện mới quy định giờ cao điểm là 9h30 đến 11h sáng và buổi tối quy định sớm hơn trước, là từ 5h - 8h tối

- Vì vậy các nhà cung cấp điện phải lắp đặt các máy phát điện công suất lớn sao cho bằng công suất giờ cao điểm và do đó đối với giờ thấp điểm thì máy phát điện

sẽ non tải, hiệu suất vận hành sẽ thấp Hậu quả của nó là đầu tư sẽ gia tăng và hoạt động không kinh tế Vì vậy các nhà cung cấp điện sẽ đưa ra nhũng chính sách giá làm thế nào để giảm phụ tải đỉnh và chuyển sự tiêu thụ đó vào các giờ thấp điểm, bình thường theo nguyên lý “san bằng phủ tải đỉnh” Điều này sẽ giúp nhà cung cấp điện giảm việc đầu tư cho nguồn máy phát điện và vận hành chúng một cách kinh tế nhất Một trong những phương pháp này là nhà cung cấp đưa ra biện pháp “điện ba giá”

- Một trong những biện pháp để thực hiện việc giảm chi phí năng lượng và cũng là giảm chi phí tiền điện cho hệ thống là sử dụng hệ thống tích trữ lạnh

- Cần tận dụng triệt để chế độ điện 3 giá – để giảm chi phí tiền điện cho hệ thống

Có 3 mức giá áp dụng cho 3 giai đoạn: (Quy định của EVN tháng 3/2009)

- Có không gian, diện tích đủ để đặt Bình Trữ Lạnh

- Công suất lạnh cần thiết

٭ Trong trường hợp hệ thống lạnh chỉ có 1 cụm máy lạnh thì công suất lạnh của máy phải lớn hơn công suất lạnh cần thiết cho phụ tải (nơi tiêu thụ) hoặc phải có đủ thời gian máy ngưng không cung cấp lạnh cho các phụ tải sử dụng mà dùng để tích trữ lạnh vào Bồn trữ lạnh (tất nhiên thời gian này phải là giờ thấp điểm)

٭ Trong trường hợp hệ thống lạnh bao gồm nhiều cụm máy lạnh thì tổng công suất lạnh của các máy phải lớn hơn công suất lạnh cần thiết cho phụ tải (tiêu thụ), tức là phải có máy làm nhiệm vụ dự phòng Máy này sẽ được sử dụng để tích trữ lạnh vào Bồn vào giờ thấp điểm

- Hệ thống máy hiện hữu phải đáp ứng việc làm lạnh Bình Trữ Lạnh

- Rào cản nhận thức của chủ đầu tư,…

2.7.3 Ưu nhược điểm khi lắp đặt

- Do tích trữ lạnh vào ban đêm nên hiệu suất làm lạnh cao hơn

- Tuy nhiên do phải làm việc ở nhiệt độ thấp hơn nên hiệu suất máy có giảm đôi chút

- Tăng chi phí đầu tư

- Tăng chi phí vận hành và bảo trì, bảo dưỡng

- Giảm kích cỡ Chiller 50 – 90% Thông thường khi thiết kế người ta phải tính toán chọn máy có khả năng tải của máy đáp ứng được thời điểm công suất cao nhất của

hệ thống Tuy nhiên thời điểm này không xảy ra thường xuyên và không dài, chỉ khoảng một vài ngày trong năm, do đó việc chọn máy kích cỡ là phí phạm Sử dụng

hệ thống tích trữ lạnh cho phép giảm nhỏ công suất máy cần chọn và do đó giảm kích cỡ Chiller

- Giảm chi phí về mặt bằng, nhà xưởng

- Tăng khả năng tin cậy do hệ thống giảm kích cỡ và đơn giản hơn

- Đơn giản hóa hệ thống chính

- Giảm số lượng tác nhân lạnh có hại cho môi trường như: CFC, HCFC, …

- Cho phép sử dụng điện vào giờ thấp điểm với chi phí là thấp nhất

- Giảm phụ tải, quá tải vào giờ cao điểm → góp phần ổn định nguồn điện cấp, giảm đầu tư cho các dự án mới,…

2.7.4 Nguyên lí hoạt động của Bình Trữ Lạnh

- Giai đoạn thứ nhất: là giai đoạn nạp tải vào trong hệ thống tích trữ lạnh

Hệ thống gồm 02 vòng tuần hoàn tương đương: Vòng tuần hoàn thứ nhất nối với hệ thống tích trữ lạnh, vòng thứ 2 nối với nơi tiêu thụ lạnh Hai vòng này đặt song song với nhau trong hệ thống Ở trường hợp thứ nhất khi nhu cầu tiêu thụ lạnh ít tải (ví

dụ ban đêm), ứng với hệ thống hoạt động hết công suất, một phần tác nhân lạnh trung gian sẽ đi vào hệ thống tích trữ lạnh Tại đây, hệ thống tích trữ lạnh sẽ hấp thụ năng lượng lạnh này

- Giai đoạn thứ 2: là giai đoạn xả tải từ hệ thống tích trữ lạnh Trường hợp này khi tải của hộ tiêu thụ lạnh lớn hơn tải của máy nén cần thiết khi hoạt động hết công suất, hệ thống tích trữ lạnh sẽ được xả tải thông qua tác nhân lạnh trung gian trong

hệ thống để bù vào tải của hệ thống lạnh để đáp ứng đầy đủ tải lạnh cho hộ tiêu thụ Trường hợp này cũng được sử dụng để ngưng vận hành máy lạnh vào giờ cao điểm, khi đó tải lạnh của nơi tiêu thụ sẽ được cung cấp từ hệ thống tích trữ lạnh, nhờ đó chi phí điện cho hệ thống lạnh sẽ được giảm đáng kể

Ứng với chế độ hoạt động ta có các chế độ hoạt động như sau :

+/ Chế độ 1: Vòng tuần hoàn bao gồm (bình bay hơi) và hệ thống bồn tích trữ lạnh Đây là chế độ nạp tải hoàn toàn cho hệ thống tích trữ lạnh, điều này xảy ra khi nơi tiêu thụ không sử dụng tải

+/ Chế độ 2: Vòng tuần hoàn bao gồm hệ thống lạnh , hệ thống tích trữ lạnh (nạp tải), nơi tiêu thụ lạnh Điều này xảy ra khi khi tải của hộ tiêu thụ là nhỏ hơn tải định mức của hệ thống Hệ thống tích trữ lạnh hấp thụ năng lượng một phần từ hệ thống

+/ Chế độ 3: Vòng tuần hoàn bao gồm hệ thống lạnh, hệ thống tích trữ lạnh (xả tải),

hộ tiêu thụ lạnh Điều này xảy ra khi tải của hộ tiêu thụ là nhỏ hơn tải định mức của

hệ thống lạnh Bồn trữ lạnh đã hấp thụ trong chế độ trước để bù vào tải của hệ thống đáp ứng đầy đủ cho hộ tiêu thụ

+/ Chế độ 4: Vòng tuần hoàn bao gồm hệ thống tích trữ lạnh và hộ tiêu thụ lạnh Đây là chế độ xả tải của hệ thống tích trữ lạnh, điều này xảy ra khi ta muốn ngừng máy nén vì một lý do nào đó và tải tiêu thụ nhỏ hơn tải của hệ thống tích trữ lạnh hiện có

2.7.5 Các phương pháp trữ lạnh

Nếu chúng ta trữ lạnh dưới dạng nhiệt hiện thường trữ nước ở 40C (ví dụ dùng cho

hệ thống điều hòa không khí) Như vậy thể tích bồn chứa lớn

Trữ lạnh dưới dạng nhiệt ẩn: Sử dụng chất lỏng biến đổi pha Ví dụ nước đông đặc cần nhả ra một nhiệt lượng khoảng 335kJ/kg và ngược lại

Các loại trữ lạnh dạng nhiệt ẩn

- Kiểu coil

- Kiểu vỏ bọc (trữ đá tĩnh), xu hướng sử dụng nhiều