nh giá khả năng tiết kiệm năng lượng của thiết bị thông gió thu hồi nhiệt trong hệ thống điều hòa không khí

Bài báo tính toán và phân tích hiệu quả tiết kiệm năng lượng khi sử dụng giải pháp thông gió thu hồi nhiệt trong hệ thống điều hòa không khí trong các công trình ở Hà Nội nhằm đánh giá và đề xuất khả năng áp dụng hiệu quả hệ thống này.

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ THƠNG GIĨ THU HỒI NHIỆT TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ ThS Phạm Minh Chinh Viện Khoa học Kỹ thuật Môi trường Trường Đại học Xây dựng Tóm tắt: Bài báo tính tốn phân tích hiệu tiết kiệm lượng sử dụng giải pháp thơng gió thu hồi nhiệt hệ thống điều hòa khơng khí cơng trình Hà Nội nhằm đánh giá đề xuất khả áp dụng hiệu hệ thống Summary: The article calculates and analizes the energy efficiency of the heat recovery ventilation system in ventilation and air conditioning systems to assess the effectiveness and propose the best heat recovery ventilation solution in Hanoi Đặt vấn đề Trong cơng trình lớn Hà Nội nay, hệ thống điều hòa khơng khí, thơng gió thường tiêu thụ khoảng 50% tổng tiêu thụ điện cơng trình, chủ yếu vận hành chế độ làm mát Trong phụ tải nhiệt lạnh trao đổi khơng khí với bên ngồi thường dao động khoảng 20 - 40% tổng phụ tải nhiệt lạnh cơng trình Để nâng cao hiệu sử dụng lượng tiết kiệm lượng hệ thống điều hòa khơng khí, thơng gió Giải pháp thơng gió thu hồi nhiệt hứa hẹn mang lại hiệu cao, góp phần làm giảm thiểu tác động tới biến đổi khí hậu Trong tác giả tập trung tính tốn phân tích hiệu tiết kiệm lượng sử dụng giải pháp thơng gió thu hồi nhiệt hệ thống điều hòa khơng khí, thơng gió cơng trình dân dụng làm việc chế độ làm mát nhằm đánh giá đề xuất khả áp dụng hiệu thiết bị thơng gió thu hồi nhiệt Cơ sở nghiên cứu Phụ tải nhiệt công trình tính sau: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7+ Q8 + Q9 + Q10 + Qtt, (W) Trong : Q1 - Nhiệt toả từ máy móc thiết bị (W); Q2 - Nhiệt toả từ đèn chiếu sáng (W); Q3 - Nhiệt toả từ người (W); Q4 - Nhiệt trao đổi truyền nhiệt qua tường ngăn nhà (W); Q5 - Nhiệt trao đổi truyền nhiệt qua sàn (W); Q6 - Nhiệt trao đổi xạ mặt trời qua cửa kính (W); Q7 - Nhiệt trao đổi truyền nhiệt qua mái (W); Q8 - Nhiệt trao đổi truyền nhiệt qua tường ngồi (W); 128 Sè 9/5-2011 T¹p chÝ khoa häc công nghệ xây dựng Q9 - Nhit trao i trao đổi khơng khí (W); Q10 - Nhiệt trao đổi rò lọt khơng khí (W); Qtt - Tổn thất nhiệt hệ thống điều hòa khơng khí, thơng gió (W) Đối với cơng trình cụ thể, theo đặc điểm kiến trúc cơng cơng trình giá trị Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Qtt qua tính tốn thường giá trị xác định cho mét vng sàn thay đổi theo điều kiện khí hậu bên ngồi cơng trình Các giá trị Q6, Q7, Q8, Q9, Q10 giá trị phụ thuộc nhiều theo điều kiện khí hậu bên ngồi cơng trình Các cơng thức tính tốn sau: Trao đổi nhiệt qua kết cấu bao che (KCBC) Q6 + Q7 + Q8 = K.F, (W) F - Tổng diện tích kết cấu bao che, bao gồm tường, mái cửa kính (m2) K - Hệ số truyền nhiệt tổng qua kết cấu bao che (W/m2 ) K = (1-WWR) × Uo × α × (TDeq - DT) + (1-WWR) × Uo × DT + + WWR × Ki × Io × β + WWR × Uo,K × DT , W/m2 với TDeq = Io/hN + DT = Io/hN + tN - tT , oC Trong đó: • WWR - tỷ lệ diện tích cửa kính diện tích chung tường diện tích cửa mái kính diện tích chung mái, khơng thứ ngun; • Uo - hệ số tổng truyền nhiệt phần tường đặc mái, W/m2.oC; • Uo,K - hệ số tổng truyền nhiệt cửa kính tường cửa mái , W/m2.oC; • α - hệ số hấp thu xạ bề mặt vật liệu phần tường đặc bề mặt mái, khơng thứ ngun; • DT= tN - tT - chênh lệch nhiệt độ khơng khí bên ngồi (tN) bên nhà (tT), oC; • TDeq - chênh lệch nhiệt độ tương đương, có kể đến tác dụng cường độ xạ mặt trời (BXMT) chiếu lên bề mặt tường bề mặt mái, oC; • Io - cường độ tổng xạ BXMT chiếu lên bề mặt kết cấu, W/m2; • Ki - hệ số nhận nhiệt BXMT cửa kính cửa mái, khơng thứ ngun; • β - hệ số giảm nhận nhiệt BXMT cửa kính tác dụng kết cấu che nắng, khơng thứ ngun; • hN , hT - hệ số trao đổi nhiệt bề mặt bề mặt kết cấu bao che W/m2.oC Trao đổi nhiệt trao đổi khơng khí với bên ngồi: Q9 = G1 (In - It) (W) Q10 = G2 (In - It) (W) G1 - Lượng khơng khí trao đổi (kg/s); tính: G1 = số người x kg khơng khí/người.giây G2 - Lượng khơng khí rò lọt vào phòng (kg/s); In - Entalpy khơng khí ngồi nhà (J/kg); It - Entalpy khơng khí nhà (J/kg) T¹p chÝ khoa học công nghệ xây dựng Số 9/5-2011 129 Nh vy, tổn thất nhiệt Q9, Q10 chênh lệch entapi khơng khí bên bên ngồi nhà Giải pháp thơng gió thu hồi nhiệt tận dụng nhiệt thải nhà để xử lý sơ gió tươi trước cấp vào cơng trình nhằm mục đích tiết kiệm lượng cho hệ thống điều hòa khơng khí, thơng gió Giải pháp thơng gió thu hồi nhiệt thường sử dụng thiết bị thơng gió thu hồi nhiệt bao gồm quạt cấp, quạt thải trao đổi nhiệt (hình 1) Hình Sơ đồ nguyên lý thiết bị thơng gió thu hồi nhiệt Kết tính tốn 3.1 Phụ tải nhiệt cơng trình Các giá trị Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Qtt xác định cho mét vuông sàn tác giả tính tốn cụ thể cho số loại cơng trình điển hình Hà Nội theo bảng Bảng Nguồn nhiệt bên cơng trình Mục Cơng trình Mật độ (m2/ng) Nhiệt tỏa nguời (W/ng) Nhiệt Nhiệt ẩn Chiếu sáng (W/m2) Thiết bị (W/m2) Q4+Q5+Qtt (W/m2) Căn hộ, khách sạn Không gian riêng 5-10 75 55 13 15 0-10 Không gian chung 2,5-5,0 75 55 16 15 0-15 5-10 - - 15 0-15 Văn phòng riêng 5-10 75 55 13 15 0-10 Văn phòng chung 2,5-5,0 75 55 13 15 0-15 Hội trường, phòng họp 1,2-1,5 75 55 13 15 0-15 5-10 75 55 15 0-15 Sảnh, hành lang Văn phòng Sảnh, hành lang 130 Số 9/5-2011 Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Thương mại Khu bán lẻ 2,5-5,0 75 55 13 15 0-15 Khu công cộng 1,5-3,5 75 55 13 15 0-15 Sảnh, hành lang 2,5-5,0 75 55 15 0-15 Nhà hàng 1,0-2,0 75 55 15 0-15 5-10 75 55 13 15 0-10 Khu công cộng 2,5-5,0 75 55 13 15 0-15 Nhà ga 1,2-1,5 75 55 15 0-15 Bệnh viện, trường học Khu cá nhân Đối với cơng trình Việt Nam nói chung Hà Nội nói riêng, việc vận hành hệ thống điều hòa khơng khí chế độ làm mát tiêu thụ khoảng 90% điện tiêu thụ hệ thống điều hòa khơng khí năm Các giá trị Q6, Q7, Q8, Q9, Q10 số dạng cơng trình cụ thể Hà Nội chế độ làm mát tính toán cho kết theo bảng [1] Bảng Phụ tải nhiệt lạnh tính tốn hệ thống điều hòa khơng khí cơng trình Hà Nội Người (W/m2) C.sáng (W/m2) Thiết bị (W/m2) Gió tươi (W/m2) KCBC (W/m2) Khác (W/m2) Tổng (W/m2) Không gian riêng 13-26 13 15 40-80 55-65 10 150200 Không gian chung 26-52 16 15 80-150 55-65 10 180250 Sảnh, hành lang 13-26 15 40-80 55-65 10 150200 Văn phòng riêng 13-26 13 15 40-80 55-65 10 150200 Văn phòng chung 26-52 16 15 80-150 55-65 10 180250 Hội trường, phòng họp 75-110 13 15 170-220 55-65 20 300420 Sảnh, hành lang 13-26 13 15 40-80 55-65 20 150200 26-52 16 15 70-140 55-65 20 200250 Loại cơng trình Căn hộ, khách sạn Văn phòng Thương mại Khu bán lẻ T¹p chÝ khoa học công nghệ xây dựng Số 9/5-2011 131 Khu cụng cộng 45-85 13 15 85-150 55-65 20 250300 Sảnh, hành lang 26-52 16 15 70-140 55-65 20 200250 Nhà hàng 65-130 13 15 120-250 55-65 20 300450 Khu cá nhân 13-26 13 15 35-70 55-65 10 150200 Khu công cộng 45-85 13 15 85-150 55-65 20 250300 Nhà ga 65-130 13 15 120-250 55-65 20 300450 Bệnh viện, trường học Kết bảng 1, bảng tính tốn cho cơng trình nhiều tầng, quy mơ vừa lớn theo QCXDVN 40:2005, Q3 xác định gần 24oC, Q4+Q5+Qtt xác định điều kiện hầu hết khơng gian nhà có điều hòa, Q6+Q7+Q8 xác định lớp vỏ cơng trình tn thủ mục QCXDVN 40:2005 Kết bảng giá trị tính tốn lựa chọn thiết bị điều hòa khơng khí cấp 2, vận hành điều kiện 100% công suất, có mức vượt 200h/năm theo điều kiện khí hậu Hà Nội, có KCBC đảm bảo hệ số truyền nhiệt tổng theo QCXDVN 40-2005: Ktường 1500h/năm) Tuy nhiên, giải pháp không thực hiệu cơng trình cần tỉ lệ gió tươi/thải qua hệ thống thơng gió khí nhỏ, độ chênh nhiệt hàm khơng khí ngồi nhà thấp, tỉ trọng phụ tải nhiệt lạnh hệ thống thơng gió khí tổng phụ tải nhiệt lạnh hệ thống điều hòa thấp trình thiết kế, lắp đặt, vận hành, bảo trì, bảo dưỡng phức tạp, chi phí đầu tư, lắp đặt thiết bị ban đầu cao Tài liệu tham khảo Phạm Minh Chinh, (2010), “Nghiên cứu đề xuất giải pháp điều hòa khơng khí theo phân vùng khí hậu”, Báo cáo chuyên đề Đề tài KH&CN cấp Bộ Giáo dục Đào tạo, mã số B201003-72, PGS.TS Lê Nguyên Minh chủ trì Phạm Minh Chinh, (2010), Đánh giá tồn QCXDVN 09:2005, mục sử dụng điện năng, Báo cáo chuyên đề đề tài NCKH cấp Bộ Xây dựng, GS.TS Trần Ngọc Chấn chủ trì TCVN 5687 -1992: Thơng gió, điều tiết khơng khí sưởi ấm - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN - 4088-85: Tiêu chuẩn khí hậu dùng xây dựng TCVN - 4605-88: Kỹ thuật nhiệt xây dựng - Kết cấu bao che - Tiêu chuẩn thiết kế QCXDVN 40 - 2005: Quy chuẩn sử dụng lượng có hiệu T¹p chÝ khoa học công nghệ xây dựng Số 9/5-2011 133 ... thơng gió thu hồi nhiệt tận dụng nhiệt thải nh để xử lý sơ gió tươi trước cấp vào cơng tr nh nhằm mục đích tiết kiệm lượng cho hệ thống điều hòa khơng khí, thơng gió Giải pháp thơng gió thu hồi nhiệt. .. thơng gió khí nh , độ ch nh nhiệt hàm khơng khí nh thấp, tỉ trọng phụ tải nhiệt l nh hệ thống thơng gió khí tổng phụ tải nhiệt l nh hệ thống điều hòa thấp q tr nh thiết kế, lắp đặt, vận h nh, ... nghệ xây dựng Trong tỉ trọng phụ tải nhiệt l nh hệ thống thơng gió tổng phụ tải nhiệt l nh hệ thống điều hòa khoảng 20-50% (bảng 4) nên giải pháp thơng gió thu hồi nhiệt mang lại khả tiết kiệm