So sánh khả năng tiết kiệm năng lượng của máy điều hòa gia dụng sử dụng công nghệ máy nén kỹ thuật số và máy nén thông thường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP So sánh khả tiết kiệm lượng máy điều hòa gia dụng sử dụng công nghệ máy nén kỹ thuật số máy nén thông thường TRƯƠNG VIỆT HÀ Ngành Máy&TB nhiệt lạnh Chuyên ngành Kỹ thuật nhiệt Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Huy Khuê PGS.TS Hà Đăng Trung Chữ ký GVHD Bộ môn: Kỹ thuật lạnh điều hịa khơng khí Viện: Khoa học cơng nghệ nhiệt lạnh Hà Nội – Năm 2019 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Trương Việt Hà So sánh khả tiết kiệm lượng máy điều hịa gia dụng sử dụng cơng nghệ máy nén kỹ thuật số máy nén thông thường Chuyên ngành : Kỹ thuật nhiệt LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Vũ Huy Khuê PGS.TS Hà Đăng Trung Hà Nội – Năm 2019 ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn, TS VŨ HUY KHUÊ; PGS.TS HÀ ĐĂNG TRUNG tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên tơi suốt trình thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Viện Khoa học Công Nghệ Nhiệt – Lạnh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội thầy cô môn Kỹ Thuật Nhiệt, Khoa ĐIỆN & BDCN Trường Cao Đẳng Nghề Bách Khoa Hà Nội, cho tơi ý kiến đóng góp q báu tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè, đồng nghiệp tơi, người bên tôi, ủng hộ động viên vật chất lẫn tinh thần để có ngày hơm Tác giả luận văn Trương Việt Hà iii LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn nghiên cứu, thực nghiệm, chế tạo thực hướng dẫn TS VŨ HUY KHUÊ, PGS.TS HÀ ĐĂNG TRUNG Để hoàn thành luận văn này, sử dụng tài liệu liệt kê mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu tham khảo khác mà không ghi Nếu sai xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận văn Trương Việt Hà iv DANH MỤC VÀ CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Mô tả Năng lượng tiêu thụ chế độ làm lạnh C CSE Hệ số hiệu lượng (EER) nhiệt độ E ER (t) Đơn vị Wh W/W trời liên tục t E ER (t j ) Hệ số hiệu lượng (EER) nhiệt độ W/W Hệ số hiệu lượng (EER) tải lạnh W/W trời t j E ER,ful suất lạnh đầy tải (t b ) E ER,haf Hệ số hiệu lượng (EER) tải lạnh W/W suất lạnh nửa tải (t c ) E ER,hf (t j ) Hệ số hiệu lượng (EER) chế độ thay đổi W/W từ suất lạnh nửa tải đến suất lạnh đầy tải nhiệt độ trời t j E ER,mh (t j ) Hệ số hiệu lượng (EER) chế độ thay đổi W/W từ suất lạnh tải nhỏ đến suất lạnh nửa tải nhiệt độ trời t j E ER,min Hệ số hiệu lượng (EER) tải lạnh W/W suất lạnh tải nhỏ (t p ) F CSP Hệ số hiệu mùa làm lạnh (CSPF) - F PL (t j ) Hệ số non tải (PLF) nhiệt độ trời t j - F TCSP Hệ số hiệu mùa làm lạnh tổng (TCSPF) - L CST Tổng tải mùa làm lạnh (CSTL) Wh Tải lạnh xác định nhiệt độ trời t j W Số nhiệt độ ngồi trời dao động h L C (t j ) nj khoảng liên tục - bin v Ký hiệu k, p, n, m P (t) Mô tả Số lượng bin nhiệt độ Công suất điện đầu vào chế độ làm lạnh tính Đơn vị W cơng thức P(t j ) nhiệt độ trời liên tục t P (t j ) Công suất điện đầu vào chế độ làm lạnh áp W dụng cho suất lạnh nhiệt độ trời t j P ful (t j ) Công suất điện đầu vào chế độ làm lạnh đầy tải W nhiệt độ trời t j P ful (35) Công suất điện đầu vào chế độ làm lạnh đầy tải W nhiệt độ trời 35 oC P ful (29) Công suất điện đầu vào chế độ làm lạnh đầy tải W nhiệt độ ngồi trời 29 oC P haf (t j ) Cơng suất điện đầu vào chế độ làm lạnh nửa tải W nhiệt độ trời t j P haf (35) Công suất điện đầu vào chế độ làm lạnh nửa tải W điều kiện nhiệt độ T1 P haf (29) Công suất điện đầu vào chế độ làm lạnh nửa tải W nhiệt độ trời 29 oC P hf (t j ) Công suất điện đầu vào chế độ làm việc thay đổi W suất lạnh nửa tài suất lạnh đầy tải nhiệt độ trời t j P mf (t j ) Công suất điện đầu vào chế độ làm việc theo chu W kỳ giai đoạn suất lạnh tải nhỏ suất lạnh đầy tải nhiệt độ trời t j P mh (t j ) Công suất điện đầu vào chế độ làm việc thay đổi suất lạnh tải nhỏ suất lạnh nửa tải nhiệt độ ngồi trời t j vi W Ký hiệu Mơ tả P (t j ) Công suất điện đầu vào chế độ làm lạnh tải nhỏ Đơn vị W nhiệt độ ngồi trời t j Cơng suất điện đầu vào chế độ làm lạnh tải nhỏ P (35) W điều kiện nhiệt độ T1 Công suất điện đầu vào chế độ làm lạnh tải nhỏ P (29) W nhiệt độ trời 29 oC t Nhiệt độ trời liên tục khoảng o tj Nhiệt độ trời ứng với khoảng nhiệt độ liên o C C tục - bin nhiệt độ Nhiệt độ trời tải lạnh suất lạnh tb o C đầy tải Nhiệt độ trời tải lạnh suất lạnh tc o C nửa tải Nhiệt độ trời tải lạnh suất lạnh o C tải nhỏ X(t j ) Tỷ số tải suất lạnh nhiệt độ trời - Tỷ số hiệu tải lạnh suất lạnh đầy tải - tj X hf (t j ) hiệu số suất lạnh đầy tải suất lạnh nửa tải nhiệt độ trời t j X mf (t j ) Tỷ số hiệu tải lạnh suất lạnh đầy tải - hiệu số suất lạnh đầy tải suất lạnh tải nhỏ nhiệt độ trời t j X mh (t j ) Tỷ số hiệu tải lạnh suất lạnh đầy tải hiệu số suất lạnh nửa tải suất lạnh tải nhỏ nhiệt độ trời t j vii - Ký hiệu Mô tả φ(t) Năng suất lạnh tính cơng thức Φ(t j ) Đơn vị W nhiệt độ trời liên tục t Năng suất lạnh áp dụng cho suất lạnh bất φ(t j ) W kỳ nhiệt độ trời t j φ ful (t j ) Năng suất lạnh đầy tải nhiệt độ trời t j W φ ful (35) Năng suất lạnh đầy tải điều kiện nhiệt độ T1 W φ ful (29) Năng suất lạnh đầy tải nhiệt độ trời 29 oC W φ haf (t j ) Năng suất lạnh nửa tải nhiệt độ trời t j W φ haf (35) Năng suất lạnh nửa tải điều kiện nhiệt độ T1 W φ haf (29) Năng suất lạnh nửa tải nhiệt độ trời 29 oC W φ (t j ) Năng suất lạnh tải nhỏ nhiệt độ trời t j W φ (35) Năng suất lạnh tải nhỏ điều kiện nhiệt độ T1 W φ (29) Năng suất lạnh tải nhỏ nhiệt độ trời 29 W DB Nhiệt độ bầu khô o WB Nhiệt độ bầu ướt o o C C C ASHRAE Hiệp hội lạnh, điều hịa khơng khí sưởi ấm Mỹ EER Energy Efficient Ratio: Tỷ số hiệu lượng F Diện tích m2 N Cơng suất kW Nel Công suất điện danh định HP MN Máy nén NT Ngưng tụ BH Bay viii Ký hiệu p Mô tả Đơn vị Áp suất Pa Qc Năng suất nhiệt kW Qo Năng suất lạnh kW qo Năng suất lạnh riêng Scroll TL kJ/kg Mâm xoắn Tiết lưu BTU/h British Thermal Units per hour CSPF Cooling Seasonal Performance Factor COP Coefficient of Performance CER Cooling Efficiency Ratio ĐHKK Điều hòa khơng khí FCU Fan Coil Unit IEER Intergrated Energy Efficiency Ratio IPLV Integrated Part Load Value JIS Japanese Industrial Standards MEPS Minimum Energy Performance Standards NPLV Non-Standard Part Load Value PAC Packages PIC Power Input per Capacity RAC Room Air Conditioners (Điều hòa gia dụng) TOE Ton of Oil Equivalent SEER Seasonal Energy Efficiency Ratio NĐ-CP Nghị định Chính Phủ TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam ix MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Mục đích phương pháp nghiên cứu Tình hình tiêu thụ điện sử dụng máy ĐHKK VN Yêu cầu giảm tiêu thụ điện Mục đích phương pháp nghiên cứu Lịch sử phát triển Phân loại máy nén lạnh 10 Máy nén kỹ thuật số 15 Ưu, nhược điểm phạm vi sử dụng loại máy nén 15 1.2 Tổng quan thực trạng sử dụng ĐHKK Việt Nam 17 Tình trạng sử dụng máy nén Việt Nam 17 Tình trạng sản suất máy ĐHKK gia dụng Việt Nam 18 CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG MÁY ĐIỀU HỒ KHƠNG KHÍ GIA DỤNG 19 2.1 Công nghệ điều khiển máy nén thông thường 19 Phương pháp điều chỉnh vòng quay n 19 Phương pháp đóng-cắt máy nén (on-off) 19 Nối thông đường hút với đường đẩy máy nén (bypass) 19 Phương pháp tiết lưu đường hút 20 Phương pháp giữ van hút trạng thái mở 20 Phương pháp điều chỉnh hệ số cấp λ 20 Điều chỉnh suất lạnh theo kỹ thuật số 21 2.2 Công nghệ máy nén sử dụng biến tần 21 Các kiểu biến tần 22 x CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 5.1 Các kết nghiên cứu Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường So sánh hiệu suất lượng hai máy nén việc ta phải có phịng tiêu chuẩn với tải phịng điều chỉnh Tiếp theo máy nén lắp hai thiết bị bay thiết bị ngưng tụ giống nhau, so sánh phải chạy thời điểm Tất thông số cường độ dòng điện điện áp, hệ số cos phi phải ghi lại thời điểm với nhiệt độ đo thời điểm đo Tùy thuộc vào thiết bị sử dụng tác giả đặt thời gian ghi liệu 1s ghi lấy liệu lần số lượng liệu vơ lớn Trong khn khổ luận văn số khó khăn, điều kiện thí nghiệm chưa hồn thiện nên tác giả đo làm hai lần, lần thứ tác giả lắp ráp máy nén on-off vào hệ thống cụm máy nén dàn ngưng có phịng thí nghiệm, bảo dưỡng toàn hệ thống để đảm bảo dàn ngưng tụ dàn bay trao đổi nhiệt cách tốt Sau lắp ráp xong tác giả tiến hành hút chân không nạp ga Đảm bảo lượng ga nạp vào để hệ thống hoạt động giống tiêu chuẩn nhà sản suất Sau lắp đặt hoàn thiện, đặt nhiệt độ điều khiển 270 C tốc độ gió đặt mức nhỏ điều khiển, vận hành đo kiểm tra, chỉnh để đạt yêu cầu nhà sản suất đề tiến hành thu nhận liệu Mùa thứ hai tác giả thu hồi ga nạp hệ thống sau tiến hành thay máy nén điều khiển kỹ thuật số hệ điều khiển máy nén vào hệ thống Tiến hành hút chân không nạp ga, chỉnh, vận hành giống lần thứ tiến hành thu nhận liệu Dựa vào số liệu đầu vào, thông số đo hai loại máy nén ta có liệu đo, từ liệu đo tác giả tiến hành tính cơng suất lạnh công suất điện tiêu thụ máy thời điểm nhiệt độ ngồi trời Có nhiều phương pháp xác định hiệu suất lượng khác : COP, EER, CSPF, SEER Tác giả lựa chọn phương pháp SEER để so sánh luận văn này, EER (Energy Efficiency Ratio) SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) chất giống tỷ số suất lạnh tổng công suất điện hiệu dụng điều kiện xác định (hiệu suất lượng khơng có thứ nguyên, dẫn suất từ W/W) Từ sở lý thuyết hình 5.1 nhận thấy tải lạnh 53 máy nén thơng thường thay đổi tuyến tính với nhiệt độ môi trường, nhiệt độ môi trường cao suất lạnh giảm theo khoảng giới hạn đo Tương tự hình 5.2 chế độ nửa tải suất lạnh giảm theo đường tuyến tính Hình 5.1 Tải lạnh thiết bị có suất lạnh cố định 35 0C Hình 5.2 Tải lạnh thiết bị có suất lạnh hai cấp 350 C Từ sở ta tiến hành thu nhận liệu đo thời điểm nhiệt độ giống nhau, so sánh công suất điện tiêu thụ hai loại máy nén Từ biểu đồ hình 5.1 ta nhận thấy nhiệt độ mơi trường tăng hệ số làm lạnh giảm tuyến tính với nhiệt độ mơi trường 54 Cơng suất tiêu thụ hai loại máy nén Hình 5.3 cho ta thấy với máy nén Kỹ Thuật Số (KTS) bắt đầu làm việc, van điện từ mở nối thông đường hút đường đẩy dẫn tới máy nén hoạt động q trình gần khơng tải, sau khoảng thời gian 7-12s van nhấp nhả công suất điện tăng từ 1kW lên dần 3kW tới công suất làm việc cực đại máy nén 5.93 – 6,32kW, sau máy nén vào trạng thái làm việc ổn định Máy nén KTS Công suất tiêu thụ (kW) 7,000.00 6,000.00 5,000.00 4,000.00 3,000.00 2,000.00 1,000.00 0.00 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Thời gian (phút) Hình 5.3 Biểu đồ công suất tiêu thụ điện chế độ khởi động máy nén kts Dòng làm việc ổn định máy KTS Công suất tiêu thụ (kW) 7,000.00 6,000.00 5,000.00 4,000.00 3,000.00 2,000.00 1,000.00 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101 0.00 Thời gian Hình 5.4 Biểu đồ công suất tiêu thụ điện chế độ ổn định máy nén kts Trong hình 5.4 sau máy nén khởi động xong vào trạng thái làm việc ổn định van điện từ nhấp nhả theo chu kỳ dẫn tới công suất làm việc máy nén thay đổi từ khoảng 2kW – 5.9kW 55 Dòng khởi động máy 7,000.00 Công suất tiêu thụ (kW) 6,000.00 5,000.00 4,000.00 3,000.00 2,000.00 1,000.00 0.00 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 Thời gian Hình 5.5 Biểu đồ cơng suất tiêu thụ điện chế độ khởi động máy nén Trong hình 5.5 cơng suất tiêu thụ điện chế độ khởi động máy nén tác giả nhận thấy bắt đầu hệ thống làm việc sau phút máy nén bắt đầu khởi động công suất tiêu thụ điện tăng vọt từ 1kW lên tới 6kW vào trạng thái ổn định khoảng 5.9kW Dòng làm việc ổn định máy 7,000.00 Công Suất tiêu thụ (kW) 6,000.00 5,000.00 4,000.00 3,000.00 2,000.00 1,000.00 96 91 86 81 76 71 66 61 56 51 46 41 36 31 26 21 16 11 0.00 Thời gian Hình 5.6 Biểu đồ cơng suất tiêu thụ điện chế độ ổn định máy nén 56 Trong hình 5.6 cơng suất tiêu thụ điện chế độ ổn định máy nén sau khoảng thời gian hoạt động nhiệt độ phòng dần hạ xuống nhiệt độ đặt, cộng với phần chênh nhiệt độ nhà sản suất quy định, máy nén ngừng hoạt động lúc công suất tiêu thụ điện giảm hẳn xuống 1kW ta coi không, đến nhiệt độ phòng tăng lên máy nén lại khởi động lặp lại chu kỳ hoạt động Kết luận : - Khởi động : Từ biểu đồ phân tích tác giả nhận thấy máy nén bắt đầu làm việc công suất tiêu thụ điện tăng từ 1kW đến 6kW ngắt lại giảm 1kW tăng 6kW tiếp tục lặp lại phụ thuộc vào nhiệt độ phòng Như công suất tiêu thụ điện tăng vào lúc khởi động máy Đối với máy nén KTS tác giả nhận thấy máy nén hoạt động, công suất tiêu thụ điện tăng từ 1kW đến 2kW, tăng lên đến cơng suất làm việc định mức máy tránh dòng khởi động đột ngột Mặc dù phương pháp khởi động chưa hoàn chỉnh, tránh phần dịng khởi động lớn có đồng thời nhiều máy nén khởi động - Làm việc ổn định : Khi hai máy nén vào trạng thái làm việc ổn định việc đóng cắt máy nén theo chu kỳ đặt sẵn, mày nén cơ, việc đóng ngắt máy nén đơn ngắt cấp điện cho máy nén dẫn tới khơng tránh dịng khởi động công suất tiêu thụ tăng vọt Đối với máy nén KTS tránh dịng khởi động lúc ban đầu vào trạng thái làm việc ổn định thay đóng cắt máy nén trực tiếp, điều khiển cấp điện đóng cắt van điện từ nối thơng đường hút đường đẩy dẫn tới tránh dịng khởi động lặp lại đóng cắt công suất tiêu thụ thay đổ theo dạng khơng tải có tải khơng đóng cắt hồn toàn máy nén trừ trường hợp tắt máy đủ nhiệt độ hoàn toàn 57 Hệ số hiệu lượng Công suất danh định (Btu/h) : 61075, công suất tiêu thụ 5.93 kW tương ứng với suất lạnh 17.90 kW lạnh, thực tế có thời điểm nhiệt độ môi trường thay đổi làm ảnh hưởng tới q trình làm lạnh hệ thống Cơng Suất Điện Tiêu Thụ (kW) Công suất điện máy nén 7,000.00 7,000.00 6,000.00 6,000.00 5,000.00 5,000.00 4,000.00 4,000.00 3,000.00 3,000.00 2,000.00 2,000.00 1,000.00 1,000.00 0.00 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 0.00 Thời gian làm việc Máy KTS Máy Cơ Hình 5.7 Biểu đồ tương quan tiêu thụ điện Trên biểu đồ tương quan ta nhận thấy liệu so điện so sánh hai máy nén cơ( non-inventer) kỹ thuật số (KTS) Có thời điểm chênh lệch nhiều, có thời điểm gần xấp xỉ lấy tỉ lệ trung bình hai máy nén : Máy nén thơng thường công suất tiêu thụ điện : 6.20 kW máy kỹ thuật số là: 5.50 kW chênh lệch máy nén kts máy nén thông thường : 11,2% máy KTS tiết kiệm lượng so - với máy non-inventer khoảng 11,2 % So sánh chất lượng điều khiển a, Máy điều hịa thơng thường Máy điều hịa thơng thường hoạt động có độ chênh nhiệt độ định đạt tới nhiệt độ đặt điều khiển trì trạng thái hoạt động đến độ chênh nhiệt độ Do nhiệt độ phịng xuất tình trạng q lạnh q nóng Chính chất lượng điều khiển, hệ điều khiển có hai trạng thái on-off mà lần dừng máy nén khởi động lại không tránh dịng khởi động cao có nhiễu động dịng khí lúc ban đầu 58 b, Máy điều hòa kỹ thuật số Máy điều hòa kỹ thuật số có chất lượng điều khiển mượt hơn, hệ điều khiển thông qua chế by-pass van điện từ đường hút đẩy Chính nhiệt độ phịng khơng bị tượng chênh lệch nhiệt độ q cao Ở hệ điều khiển khởi động máy nén tránh dòng khởi động lớn van mở, qua trình làm việc tải hệ thống thay đổi thơng qua đóng cắt van điện từ theo thời gian Chính so với máy điều hịa thơng thường hệ điều khiển ưu việt Nhưng nhược điểm lớn hoạt động hệ thống tạo nhiều tiếng ồn nên sử dụng, hiệu suất máy kỹ thuật số cao Tuy nhiên nhược điểm khắc phục được, máy nén thường đặt bên ngịai phịng, sau có biện pháp xử lí tiếng ồn từ van điện từ nhược điểm không ảnh hưởng đến người sử dụng Như hệ số hiệu lượng EER thông thường đánh giá hiệu suất lượng tải lớn với nhiệt độ trời thiết kế theo tiêu chẩn T1, với SEER đánh giá tất dải nhiệt độ trời trình máy nén hoạt động Nhưng hệ số hiệu lượng đánh giá cho máy điều hịa dân dụng đến