KỸ THUẬT LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Ở VIỆT NAM PGS.TS Lê Nguyên Minh Viện Khoa học Kỹ thuật Môi trường KỸ THUẬT LẠNH VỚI PHÁT TRIỂN KINH TẾ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Trong năm gần kỹ thuật lạnh điều hịa khơng khí (ĐHKK) có đóng góp quan trọng cho phát triển nhiều ngành kinh tế: đông lạnh, thủy sản, lọc hóa dầu…và ngành xây dựng thị đem lại lợi ích kinh tế to lớn cho đất nước Năm 1930 Hãng Dupont sản xuất Môi chất lạnh Freon thúc đẩy phát triển ngành lạnh ĐHKK phát thải vào khí môi chất lạnh CFC nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính phá hủy tầng Ozon Tầng OZON có tác dụng ngăn cản tia tử ngoại (Bước sóng λ=0,02-04µm) có hại hệ sinh thái mặt đất tác động môi chất lạnh CFC chứa Clo thải vào khí làm phân rã phân tử O3 tầng OZON (STRATOSPHERE) gây tượng thủng tầng OZON Sự phát thải môi chất lạnh vào khí chiếm khoảng 24% chất phát thải gây hiệu ứng nhà kính Tỷ lệ chất phát thải gây hiệu ứng nhà kính CO2 CH4 N2 O 55% 15% 6% Môi chất lạnh CFC 11, 12 Không phải CFC 17% 7% Chỉ riêng lượng phát thải CO2 năm 2004 sử dụng nhiên liệu hóa thạch vào khoảng 48,0 tỉ hậu biến đổi khí hậu xảy hàm lượng khí CO2 khí tăng gấp đơi thời kỳ tiền cơng nghiệp (năm 1750 – 280 ppm CO2) nhiệt độ trung bình tồn cầu vào cuối kỷ 21 tăng từ 2,0-4,5 0C mực nước biển tăng cao tương ứng 0,18m-0,59m gây ngập mặn nhiều vùng đồng ven biển có Việt Nam Theo nghị định thư Kyoto, Việt Nam thuộc nước phát triển có lộ trình cắt giảm Mơi chất lạnh tác động khơng tốt tới Biến đổi khí hậu chậm nước phát triển: - CFC ( R11/R12) bị cấm sử dụng từ 01-01-2010 - HCFC ( R22/R123) bị cấm sử dụng từ 01-01-2040 MÁY LẠNH CHO ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ (ĐHKK) - Theo mục đích sử dụng, máy lạnh chia làm loại chính: + Máy lạnh sử dụng công nghệ: Nhà máy đông lạnh thủy sản, nhà máy lọc hóa dầu, bảo quản thực phẩm, sản xuất sữa, dược phẩm + Máy lạnh sử dụng cho điều hồ khơng khí - Theo ngun lí trao đổi nhiệt máy lạnh chia làm loại: + Máy làm lạnh trực tiếp, loại máy khơng khí sản phẩm q trình sản xuất làm lạnh trực tiếp môi chất lạnh qua dàn bay Loại máy lạnh sử dụng thiết bị lạnh công nghiệp máy ĐHKK cục Bảng giới thiệu phạm vi công suất số hiệu làm lạnh loại máy làm lạnh trực tiếp + Máy làm lạnh gián tiếp (máy làm lạnh nước 70 C-Chiller) thường sử dụng hệ thống ĐHKK trung tâm cơng suất lớn (Loại máy có cơng suất lạnh đơn vị đến 8000 kW) Bảng 1: Công suất số hiệu làm lạnh máy ĐHKK cục Công suất máy lạnh máy nén (Scroll/Rotary) dàn nóng + (13-16) dàn lạnh (2) dàn nóng + (1-6) dàn lạnh (1) 25 KW…….45 KW 2.6 KW…….14 KW (8HP…….16 HP) Hãng sản xuất nước Hãng nước ngồi Funiki COP = 2.56….3.61 KW/KW Khơng có Nagakawa COP = 2.61….3.15 KW/KW Khơng có Reetech COP = 2.57….2.84 KW/KW - LG COP = 2.60….3.08 KW/KW COP = 3.2……3.91 KW/KW Samsung COP = 2.75….3.13 KW/KW COP = 3.03….3.89 KW/KW Daikin COP = 2.50….2.92 KW/KW COP = 3.19….4.29 KW/KW Mitsubishi COP = 2.39….3.29 KW/KW COP = 3.40….3.91 KW/KW Fusitsu COP = 2.62….2.93 KW/KW COP = 3.18….4.07 KW/KW Midea COP = 2.64….2.87 KW/KW COP = 3.28….3.32 KW/KW Ghi chú: Chỉ số hiệu làm lạnh (COP – Coeffiencient of performance), (Ở 100% công suất lạnh) COP=Công suất lạnh/Điện tiêu thụ (kW/kW) Công suất lạnh: 12000 Btu/h=3.516 kW = Ton lạnh (RT) Khi vận hành, máy lạnh có số COP cao có mức tiêu thụ điện thấp, để nâng cao số COP áp dụng công nghệ điều khiển máy nén: Inverter, Digital…Tuy nhiên vấn đề tiết kiệm chi phí chạy ĐHKK cịn phụ thuộc nhiều yếu tố: Cách nhiệt phòng điều hòa, nhiệt độ khơng khí ngồi nhà, nhà … Đối với cơng trình có quy mơ nhỏ 10.000 m2 sàn, yêu cầu sử dụng độc lập thiết kế đơn giản nên máy ĐHKK cục sử dụng rộng rãi Hiện nhà sản xuất nước nước ngồi đáp ứng nhu cầu máy ĐHKK cục cho thị trường nước với số COP chênh lệch không nhiều Bảng cho thấy mức tăng trưởng hàng năm thị trường máy ĐHKK cục Việt Nam vào khoảng 15% Bảng 2: Thị trường máy ĐHKK cục Việt Nam (Nguồn: BSRIA) Loại máy ĐHKK Máy cục 2005 2006 2007 2008 2209 2010 7.000 7.350 7.200 6.400 5.900 5.100 Mức tăng trưởng -6.1% Máy cục ≤ KW > 5KW 164.050 28.950 119.118 34.074 220.962 40.723 255.493 46.093 295.450 52.173 341.689 59.057 +15.8% +15.3% Tổng cộng (Bộ) 200.000 225.192 261.685 301.586 347.623 405.846 +15.7% MÁY ĐHKK SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ CÓ HIỆU QUẢ 3.1 Các giải pháp nâng cao COP Để nâng cao số hiệu làm lạnh COP, áp dụng kỹ thuật điều khiển tốc độ máy nén biến tần (Inverter) điều khiển kỹ thuật số (Digital) để thay đổi thời lượng chạy máy nén Những phương pháp tiết kiệm 30% chi phí vận hành làm tăng giá thành thiết bị khoảng 20% Khi kết hợp chức ĐHKK với nhu cầu cung cấp nước nóng máy điều hịa khơng khí thu hồi nhiệt đem lại hiệu sử dụng điện lên gấp đơi Máy điều hịa khơng khí thu hồi nhiệt loại máy chạy chế độ cung cấp lạnh cho ĐHKK nước nóng cho sinh hoạt (Hình 1) - Mùa hè, máy ĐHKK thu hồi nhiệt sử dụng nhiệt thải dàn ngưng để đun nước nóng sinh hoạt 500C, Khi sử dụng chế độ (Hình 2) số hiệu lượng tổng hợp (COP) tính sau: COP = (Công suất lạnh cho ĐHKK + công suất nhiệt cho đun nước nóng)/ Điện tiêu thụ = (14+15)/5.5=5.27 kW/kW Nước nóng tích vào bình 260l chạy máy ĐHKK, hiểu sử dụng ĐHKK việc cung cấp nước nóng khơng tiền điện Hình 1: Máy ĐHKK thu hồi nhiệt (1) Dàn nóng (2) Dàn lạnh 0 (3) Bình nước nóng 50 C-260 C (4) Sử dụng nước nóng - Mùa đơng cung cấp nước nóng chạy chế độ bơm nhiệt (Heat pump) Khi chạy chế độ đun nước nóng (Hình 3) có số hiệu lượng COP=2.72 kW/kW Tiêu thụ điện máy cung cấp nước nóng kiểu bơm nhiệt 1/3 tiêu thụ điện bình đun nước nóng kiểu điện trở thơng thường Hình 2: Máy ĐHKK thu hồi nhiệt chạy chế độ làm lạnh đun nước nóng Bảng 3:Tiến kỹ thuật máy ĐHKK thu hồi nhiệt Máy ĐHKK thu hồi nhiệt đun nước nóng Max Công suất lạnh Công suất nhiệt Tiêu thụ điện Chỉ số hiệu lượng tổng hợp Thông số kỹ thuật 14 kW 15 kW 5.5 KW COP =5.27 kW/kW Hình 3: Máy ĐHKK chạy chế độ bơm nhiệt bơm nước nóng 3.2 Tính tiết kiệm điện sử dụng Máy ĐHKK thu hồi nhiệt Tính tiết kiệm điện cho khu đô thị 4000 hộ sử dụng loại máy ĐHKK thu hồi nhiệt đạt hiệu tiết kiệm điện sau: - Chế độ chạy mùa hè Khu đô thị 4000 hộ (loại phòng + 2WC + Bếp) sử dụng ĐHKK thu hồi nhiệt chạy 2h/ngày giảm tiêu thụ điện cho viêc đun nước nóng ngày mùa hè: 15kW x 2h/ngày x 4.000 hộ = 120.000 kWh/ngày (Khoảng 160 triệu đồng/ ngày) (1 hộ tiết kiệm 15-30kWh (Số điện) cho ngày mùa hè) - Chế độ chạy mùa đông Vào mùa đông máy chạy chế độ bơm nhiệt để cung cấp nước nóng tiết kiệm điện so với bình đun điện thơng thường (15-5.5)kW x 2h x 4.000 hộ = 76.000 kWh/ ngày (1 hộ tiết kiệm khoảng 20 kWh (Số điện) cho ngày mùa đông) MÁY ĐHKK TRUNG TÂM Đối với cơng trình cơng cộng có diện tích xây dựng lớn 10.000 m2 sàn như: Siêu thị, nhà Ga hàng không, trung tâm hội nghị …, cơng suất lạnh từ 2.000 kW-20.000 kW hệ thống ĐHKK trung tâm đem lại lợi ích kinh tế kỹ thuật, giá trị kiến trúc cơng trình tuổi thọ thiết bị Bảng 4: Phạm vi công suất số hiệu lượng máy làm lạnh nước (Chiller) chạy 100 % tải Loại Môi chất Công suất lạnh Chiller lạnh (RT) (1.1) PIC (1.2) (kW/RT) COP (kW/kW) Khả giảm tải (%) Chiller ly tâm (Centrifugal) giải nhiệt nước Hoa Kỳ Hoa Kỳ Nhật Bản Trung Quốc 134a 200 – 1500 0,55 – 0,62 5,66 – 6,39 10 123 200 – 2000 0,45 – 0,55 6,39 – 7,80 10 123 1500 – 4000 0,45 – 0,55 6,39 – 7,80 10 134a 125 – 1250 0,50 – 0,60 5,85 – 7,02 10 134a 250 – 2400 0,50 – 0,60 5,85 – 7,02 10 134a 1200 – 2700 0,50 – 0,60 5,85 – 7,02 10 134a 350 – 1100 0,61 – 0,66 5,3 – 5,75 10 134a 1200 – 2000 0,616 5,70 10 Ghi chú: (1.1) 1RT=3.516 kW (1.2) Chỉ số tiêu thụ điện PIC = Công suất điện tiêu thụ/ Công suất lạnh (kW/kW) Bảng cho biết giá trị đầu tư mức tăng trưởng thị trường làm lạnh trung tâm – Chiller vào khoảng 15%/năm Bảng 5: Thị trường máy làm lạnh nước –Chiller (Nguồn: BSRIA) Công suất máy Lạnh 2005 2006 2007 2008 2209 2010 Mức tăng trưởng Công suất lạnh < 100 kW 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 17.2% Công suất lạnh > 100 kW 15.2 18.6 22.0 23.7 26.7 30.1 14.6% Tổng (triệu USD/năm) 15.6 19.1 22.6 24.4 27.5 31.0 14.6% Việc áp dụng hệ thống ĐHKK trung tâm Việt Nam không phụ thuộc vào quy mơ đặc điểm cơng trình mà cịn phụ thuộc nhiều vào hiểu biết nhà đầu tư lực tư vấn thiết kế Bảng cho biết thứ tự thị phần nhà cung cấp Chiller Việt Nam Bảng 6: Hãng cung cấp Chiller vào Việt Nam TT Tất công suất lạnh Công suất lạnh < 350 KW Công suất lạnh > 350 KW Trane Trane Trane Carrier Carrier Carrier JCI ( York) JCI ( York) JCI ( York) Hitachi Hitachi Hitachi Fusheng Fusheng Fusheng Khon Linh Khon Linh Khon Linh Hstars Hstars Hstars Daikin Daikin Daikin Tecco Tecco Tecco Thị phần 90% > 90% > 90% THỊ TRƯỜNG MÁY LẠNH CƠNG NGHIỆP Theo thống kê thị trường lạnh cơng nghiệp Việt Nam vào khoảng 30-35 triệu USD/năm Trải dài từ Bắc vào Nam, tập trung chủ yếu thị trường Miền Tây Nam Bộ Thị trường Miền Tây chiếm khoảng 20 triệu USD, phần lại 10 đến 15 triệu USD Miền Đông Nam Bộ, Miền Trung Miền Bắc Hiện Việt Nam phát triển mạnh mẽ cơng nghiệp lọc hóa dầu nhà máy vệ tinh kèm, ước tính lạnh cơng nghiệp cung cấp thêm cho thị trường khoảng 5-7 triệu USD/năm Các nhà cung cấp uy tín lĩnh vực lạnh cơng nghiệp Việt Nam: Tập đồn Johnson Controls-USA, Mycom-Japan, Grasso-Germany Và nhà cung cấp thiết bị phụ hệ thống lạnh: Valves Danfoss-Denmark, Aircooler-Guntner… Việc xây dựng hệ thống lạnh cơng nghiệp địi hỏi trình độ chun mơn cao khơng nhà cung cấp thiết bị lạnh đơn mà phải đem đến cho khách hàng giải pháp tối ưu nhất: Tự động hóa tiên tiến, Tiết kiệm lượng thân thiện với mơi trường MÁY LẠNH CƠNG NGHIỆP Máy lạnh công nghiệp bao gồm 02 loại: - Loại làm lạnh trực tiếp đến – 400C cho q trình đơng lạnh, bảo quản hải sản… Bảng cho biết thông số kỹ thuật loại máy làm lạnh trực tiếp Bảng 7: Thông số kỹ thuật loại máy làm lạnh trực tiếp YORK-SMC Công suất lạnh kW Model Số Cylinder R717 (NH3) R22 0 0/+35 C -40/+35 C 0/+35 C -10/+350C SMC 104S 209 35 229 150 SMC 106S 313 52 343 225 SMC 112S 12 626 106 686 450 SMC 116S 16 834 141 914 600 - Loại máy làm lạnh gián tiếp –làm lạnh nước dung dịch Glycol 30% hạ nhiệt độ đến -80C Bảng 8: Thông số kỹ thuật máy làm lạnh gián tiếp, Glycol 30% (SABROE) (Môi chất lạnh R717-NH3) Model Công suất lạnh (kW) E-Motor (kW) NSPAC24-C 47 PAC 112S-C PAC 116E-C Nhiệt độ(0C),Glycol 30% Nhiệt độ nước làm mát Vào Ra Vào Ra 15 -4 -8 25 30 340 110 -4 -8 25 30 743 250 -4 25 30 Ví dụ nhà máy đơng lạnh 4.200 nhà chuyên môn thiết kế cung cấp hệ thống thiết bị lạnh bao gồm: 02 máy lạnh 679 kW @ - 70C/+350C 02 máy lạnh 282 kW @ - 290C/-70C Động điện 2x200kW Động điện 2x75kW 03 máy lạnh 180 kW @ - 380C/-70C Động điện 3x75kW CHƯƠNG TRÌNH TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG THƯƠNG MẠI THÍ ĐIỂM CEEF 2004 -2008 - Hệ thống làm mát đông lạnh thiết bị quan trong, tiêu thụ điện 60% - ngành: Chế biến bảo quản thực phẩm, sản phẩm sữa, Điện tử, Dược phẩm Tiềm tiết kiệm điện: Thiết kế cách nhiệt hợp lý tiết kiệm 15% điện cho hệ thống làm mát đông lạnh - Giải pháp tiết kiệm điện cho hệ thống làm lạnh Thay thiết bị đơng lạnh có hiệu làm lạnh cao Lên kế hoạch làm kho, xếp dỡ vận chuyển sản phẩm hợp lý Giảm thiểu tổn hao lạnh cửa vào, kho hở, đến chiếu sáng… Dễ dàng tiếp cận với sản phảm lạnh để giảm thời gian số lần mở cửa phịng đơng lạnh ĐẦU TƯ VÀO NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỦY SẢN Khi đầu tư vào nhà máy chế biên thủy sản cần có định đúng, giá thành thiết bị cần xem xét vấn đề đầu tư vào hệ thống lạnh: - Công suất, chất lượng độ tin cậy thiết bị ? - Điện tiêu thụ trình vận hành ? - Điều kiện chi phí bảo trì ? - Tính hiệu độ an toàn thiết kế kỹ thuật thiết bị ? - Kinh nghiệm danh tiếng nhà cung cấp ? - Các cơng trình nhà cung cấp lắp đặt trước ? - Thị trường nội địa, khu vực, toàn cầu & Dịch vụ hậu mãi? - Chất lượng thực phẩm chế biến khả cạnh tranh chúng thị trường ? - Phí tổn rủi ro phát sinh ( so với chi phí tồn dự án) ? - Thời gian hoàn vốn ( khoảng năm) ? BÌNH LUẬN Thị trường ĐHKK lạnh cơng nghiệp Việt Nam bắt đầu phát triển nhỏ bé so với giới Chúng ta lắp ráp loại máy ĐHKK cục công suất nhỏ khả chế tạo loại máy lạnh công suất lớn gặp nhiều khó khăn thị trường nước nhỏ bé khó cạnh tranh cơng nghệ với nước tiên tiến Trước mắt quan quản lý Nhà nước nên tập trung số nội dung sau: + Nghiên cứu xây dựng quy chuẩn sử dụng lượng tiết kiệm có hiệu lĩnh vực lạnh ĐHKK + Xây dựng phòng kiểm định đủ điều kiện để đánh giá dán nhãn sản phẩm ĐHKK đạt tiêu chuẩn chất lượng + Xây dựng chương trình đào tạo cấp chứng cho đơn vị cá nhân đủ khả tư vấn thiết kế ngành lạnh ĐHKK để bước khắc phục tình trạng lạc hậu thiếu chuyên nghiệp 10 ... Máy lạnh sử dụng cho điều hồ khơng khí - Theo nguyên lí trao đổi nhiệt máy lạnh chia làm loại: + Máy làm lạnh trực tiếp, loại máy khơng khí sản phẩm trình sản xuất làm lạnh trực tiếp môi chất lạnh. .. THỊ TRƯỜNG MÁY LẠNH CÔNG NGHIỆP Theo thống kê thị trường lạnh công nghiệp Việt Nam vào khoảng 30-35 triệu USD/năm Trải dài từ Bắc vào Nam, tập trung chủ yếu thị trường Miền Tây Nam Bộ Thị trường... nước với số COP chênh lệch không nhiều Bảng cho thấy mức tăng trưởng hàng năm thị trường máy ĐHKK cục Việt Nam vào khoảng 15% Bảng 2: Thị trường máy ĐHKK cục Việt Nam (Nguồn: BSRIA) Loại máy