CHƯƠNG 3: TRẠM LẠNH TRUNG TÂM CHILLER VÀ PHƯƠNG PHÁP THU THẬP, XỬ LÝ SỐ LIỆU
3.1Lựa chọn đối tượng nghiên cứu điển hình
3.1.1 Hệ thống điều hòa không khí trung tâm giải nhiệt nước
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, các hệ thống ĐHKK trung tâm chiller ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Các công trình trung tâm thương mại, dịch vụ công cộng, văn phòng, khách sạn, bệnh viện, trường học... cũng có quy mô ngày càng lớn, đi kèm với nó là các hệ thống ĐHKK trung tâm ngày càng lớn hơn. Khảo sát tại các tòa nhà qui mô vừa và lớn cho riêng địa bàn Hà Nội như thống kê ở phụ lục 2 cho thấy, hầu hết các công trình vừa và lớn, các công trình trọng điểm đều sử dụng các hệ thống ĐHKK trung tâm chiller, trong đó có trên 70% các công trình này sử dụng hệ thống ĐHKK trung tâm chiller giải nhiệt nước.
Hệ thống ĐHKK trung tâm chiller giải nhiệt nước tại công trình trung tâm thương mại, văn phòng và dịch vụ công cộng Mipec Tower tại địa chỉ 229 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu thử nghiệm. Đây là công trình có quy mô lớn, cấu trúc phức tạp và tiêu thụ năng lượng lớn. Hệ thống ĐHKK trung tâm chiller ở đây mang đầy đủ các đặc điểm điển hình của một hệ thống ĐHKK trung tâm chiller phức hợp, đã được áp dụng các giải pháp kỹ thuật TKNL, hệ thống điều khiển tự động hiện đại, tuy nhiên đang gặp rất nhiều vấn đề trong công tác vận hành, khai thác hệ thống một cách hiệu quả và tiết kiệm.
Trong tòa nhà Mipec Tower, hệ thống ĐHKK trung tâm chiller với MLTT chiller giải nhiệt nước có tổng năng suất lạnh là 9800 kW, tổng công suất điện cung cấp cho riêng hệ thống điều hòa là 4000 KVA . Đây là một công trình phức hợp với nhiều phân khu chức năng độc lập: Khối văn phòng, khối trung tâm thương mại và khu vực rạp chiếu phim và dịch vụ công cộng. Phụ tải lạnh khối văn phòng chiếm khoảng 40%; khối trung tâm thương
54
mại với khoảng 50%; phần còn lại phục vụ cho khu vực rạp chiếu phim và dịch vụ công cộng.
Tòa nhà Mipec Tower có biên độ phụ tải lạnh thay đổi lớn trong ngày, trong mùa. Phụ tải đỉnh chủ yếu trong thời gian hành chính trong tuần. Thời gian cuối tuần và ngoài giờ hành chính thì phụ tải giảm xuống còn rất nhỏ. Do biên độ dao động của phụ tải lạnh trong tòa nhà thay đổi lớn nên đòi hỏi một quy trình vận hành phù hợp mới đảm bảo các yêu cầu về tiện nghi và tiết kiệm năng lượng.
Hệ thống ĐHKK trung tâm chiller ở đây đã được thiết kế và xây dựng với nhiều trang thiết bị kỹ thuật tiên tiến, các giải pháp kỹ thuật hiện đại cùng các giải pháp tiết kiệm năng lượng:
- Tăng độ chênh nhiệt độ nước lạnh để giảm công suất bơm nước lạnh tuần hoàn và giảm chi phí cho đường ống phân phối nước lạnh;
- Sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng tấm PHE để phân tách áp suất hệ thống khối văn phòng;
- Sử dụng các bộ AHU xử lý gió tươi với các bộ thu hồi nhiệt, giám sát và điều khiển chất lượng không khí trong nhà để giảm phụ tải lạnh trong xử lý gió tươi;
- Các bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt, quạt tháp giải nhiệt, AHU xử lý gió tươi được trang bị biến tần toàn bộ.
Hệ thống đồng thời được giám sát và điều khiển từ hệ thống điều khiển tự động (BAS) tiên tiến, có khả năng quản lý, theo dõi toàn bộ các thông số hoạt động cũng như cho phép can thiệp vào toàn bộ hệ thống. Với hệ thống BAS, các chế độ vận hành tối ưu mới có thể áp dụng được.
Tuy nhiên, tòa nhà đang gặp nhiều vấn đề về khai thác vận hành hệ thống khi phụ tải lạnh tòa nhà thay đổi với biên độ lớn trong ngày: thay đổi phụ tải trong giờ hành chính và ngoài giờ hành chính, giữa ngày làm việc và ngày nghỉ cuối tuần. Vào những ngày thời tiết khắc nghiệt và tăng cao, hệ thống thường xuyên phải tăng số bơm nước giải nhiệt mới đảm bảo việc nâng tải lạnh cho chiller. Nhu cầu xây dựng một chế độ vận hành để khai thác thiết bị hiện có một cách hiệu quả tại tòa nhà Mipec Tower là rất cấp thiết.
Nghiên cứu và giải bài toán tối ưu PPPT cho TLTT chiller với các MLTT chiller giải nhiệt nước là phức tạp hơn nhiều so với bài toán tương tự có trong hệ thống ĐHKK trung tâm có MLTT chiller giải nhiệt gió. Điều đó cho phép áp dụng kết quả nghiên cứu trên đối tượng là TLTT chiller giải nhiệt nước phức tạp như hệ thống tại tòa nhà Mipec
55
sang các bài toán tương tự ở các công trình sử dụng MLTT chiller giải nhiệt nước và giải nhiệt gió tương tự.
3.1.2 Trạm lạnh trung tâm chiller trong tòa nhà Mipec Tower
Sơ đồ cấu trúc hệ thống TLTT chiller trong tòa nhà Mipec Tower được thể hiện trong hình 3.1. Các thiết bị chính trong TLTT chiller Mipec Tower bao gồm:
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý và bố trí thiết bị cảm biến TLTT chiller tại tòa nhà Mipec - 4 tổ máy trung tâm chiller ly tâm của hãng Carrier model 19XR676745FLFH52 có
năng suất lạnh danh định 750RT (2450kW); công suất điện tiêu thụ 485kW; nhiệt độ nước lạnh vào/ra 12/5oC; nhiệt độ nước giải nhiệt vào/ra 32/37oC. Mỗi MLTT chiller sử dụng một máy nén ly tâm điều chỉnh công suất bằng van dẫn dòng ở đầu
56
hút của máy nén cho phép chiller điều chỉnh công suât mềm từ 20% ~ 100% công suất như công bố của nhà sản xuất. Các MLTT chiller được ghép nối song song qua ống góp chung. Bộ điều khiển của MLTT chiller được kết nối trực tiếp đến hệ thống BAS qua giao thức truyền thông BACnet.
- 5 bơm nước lạnh tuần hoàn của hãng Grundfos model NKG 125-100-200/204.7 -B BAQE có lưu lượng 301 m3/h, cột áp 50 mH2O, động cơ bơm 75 kW. Bơm được điều khiển bằng biến tần của hãng ABB. Các bơm nước lạnh (4 bơm chạy và 1 bơm dự phòng) được ghép song song qua ống góp chung để có thể thay đổi vai trò hoạt động cho nhau.
- 5 bơm nước giải nhiệt tuần hoàn của hãng Grundfos model NKG 125-100- 200/212.1 -B BAQE có lưu lượng 360 m3/h, cột áp 50 mH2O, động cơ bơm 75 kW. Bơm được điều khiển bằng biến tần của hãng ABB. Các bơm nước giải nhiệt (4 bơm chạy và 1 bơm dự phòng) được ghép song song qua ống góp chung để có thể thay đổi vai trò cho nhau.
- 6 tháp giải nhiệt vuông loại ngang dòng của hãng OCEAN model YC-900S có năng suất giải nhiệt mỗi tháp là 3150 kW. Mỗi tháp giải nhiệt gồm 2 quạt giải nhiệt, mỗi quạt công suất 5,5kW được điều khiển bằng biến tần. Các tháp giải nhiệt được ghép nhóm thành 1 khối tháp hoạt động đồng thời.
- Hệ thống sử dụng sơ đồ đường ống nước có lưu lượng thay đổi. Bơm nước lạnh tuần hoàn được điều khiển biến tần theo chênh áp suất đường nước ở hai đầu ống góp chính. Bơm nước giải nhiệt tuần hoàn được điều khiển biến tần theo nhiệt độ nước giải nhiệt cấp xuống chiller.
Toàn bộ TLTT chiller được giám sát và điều khiển bởi hệ thống BAS tiên tiến của hãng Honeywell – Alerton với phần mềm giám sát và điều khiển Envision for BACtalk v2.6.
Tủ điện động lực tổng cho TLTT chiller được lắp đặt bộ đồng hồ đo đếm điện năng đa chức năng để giám sát chất lượng điện nguồn cấp và lượng điện tiêu thụ của TLTT chiller.
Chế độ vận hành đang được sử dụng của hệ thống là phân phối đều đúng như thiết kế. Hệ thống hoạt động từ 7:30 đến 24:00 hàng ngày và có điều chỉnh theo mùa vận hành. Hệ thống đã được vận hành từ tháng 4/2011 đến nay.
57 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.3 Hệ thống điều khiển tự động và phương pháp thu thập dữ liệu vận hành
Trong TLTT chiller tòa nhà Mipec Tower được trang bị hệ thống giám sát và điều khiển tự động (BAS) tiên tiến. Hình 3.2 thể hiện sơ đồ cấu trúc hệ thống BAS của TLTT chiller của tòa nhà Mipec Tower.
Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống BAS cho trạm lạnh trung tâm chiller tại tòa nhà Mipec Tower Các bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp (DDC – Direct Digital Controller) là nơi thu thập toàn bộ các tín hiệu đầu vào như các loại cảm biến, các trạng thái hoạt động của thiết bị. Đồng thời cũng kết nối toàn bộ tín hiệu điều khiển đầu ra tới các thiết bị thừa hành: van điều khiển đường nước, tốc độ của biến tần, lệnh chạy / dừng cho tất cả các thiết bị trong
58
TLTT chiller. Các chương trình điều khiển cục bộ thiết bị đơn lẻ cũng được lưu trữ trong bộ nhớ của các bộ DDC.
Các bộ điều khiển hệ thống (Global Controller) là nơi quản trị và điều khiển toàn bộ các bộ DDC ở mức dưới. Thông tin các điểm vào / ra ở các bộ DDC được đưa lên các bộ điều khiển hệ thống trở thành các tín hiệu vào / ra trong các chương trình điều khiển tổng thể của hệ thống. Các chương trình tổng thể này được lưu trữ và thực hiện tại các bộ điều khiển hệ thống. Đồng thời các dữ liệu vận hành của hệ thống cũng được lưu trữ tại đây trước khi đưa lên máy tính điều khiển trung tâm của hệ thống.
Các bộ điều khiển hệ thống cũng là nơi thực hiện các tích hợp cấp cao với các bộ điều khiển đi kèm thiết bị như MLTT chiller, biến tần... Tại tòa nhà Mipec Tower, toàn bộ các bộ điều khiển của MLTT chiller được tích hợp với hệ thống BAS thông qua phương thức truyền thông BACnet MS/TP, cung cấp và cho phép hệ thống BAS giám sát và điều khiển các thông số vận hành của chiller như: nhiệt độ nước lạnh vào / ra; nhiệt độ nước giải nhiệt vào / ra; công suất điện tiêu thụ của chiller, số % tải lạnh chiller đang hoạt động, nhiệt độ bay hơi / áp suất bay hơi của bình bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ / áp suất ngưng tụ của bình ngưng tụ, áp suất dầu, số giờ chạy máy, số lần khởi động...
Máy tính điều khiển trung tâm cùng với phần mềm điều khiển được trang bị là nơi quản trị toàn bộ hoạt động của hệ thống BAS, thông qua đó quản trị toàn bộ hệ thống ĐHKK được giám sát và điều khiển bởi BAS. Đây cũng là nơi cung cấp giao diện người dùng trực quan để người dùng có thể dựa vào đó theo dõi, điều khiển và quản lý toàn bộ hệ thống. Các dữ liệu vận hành, theo định kỳ thời gian, được lưu trữ tại máy tính điều khiển trung tâm.
Quy mô và cấu trúc của hệ thống BAS được quy định bởi tổng số điểm điều khiển và tổng số điểm giám sát do yêu cầu của hệ thống công nghệ được BAS quản lý và điều khiển. Bảng điểm điều khiển của hệ thống BAS cho TLTT chiller tòa nhà Mipec Tower được cho ở phụ lục 3. Bảng điểm điều khiển này cũng chính là bảng tổng hợp danh sách các thiết bị cảm biến, điều khiển được trang bị cho TLTT chiller. Vị trí các điểm bố trí thiết bị cảm biến như cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến áp suất... được thể hiện trong hình 3.1.
Thông số kỹ thuật của các thiết bị cảm biến và đo đếm của TLTT Mipec Tower như sau:
59
- 1 bộ đồng hồ đo tổng năng suất lạnh phụ tải của hãng Onicon model System-10- BAC lắp đặt trên đường ống góp tổng của hệ thống điều hòa và được nối trực tiếp đến hệ thống BAS qua giao thức truyền thông BACnet. Bộ đồng hồ đo này được hiệu chỉnh độ chính xác theo NIST tại nhà máy. Mỗi bộ bao gồm:
+ Một cảm biến lưu lượng loại xung bánh xe (turbine insert flow transmitter) model F1100.
+ Hai cảm biến nhiệt độ gắn ống nước loại thermistor 10K, độ chính xác +/-0,2oC trên toàn dải đo 0~70oC.
+ Một bộ điều khiển và hiển thị trung tâm System-10-BAC
Bộ đồng hồ đo tổng năng suất lạnh của hãng Onicon cho phép cung cấp giá trị đo đếm sau:
+ Lưu lượng nước lạnh đi đến phụ tải + Năng suất lạnh của phụ tải
+ Nhiệt độ nước lạnh cấp và hồi từ phía phụ tải + Điện năng tiêu thụ của tòa nhà theo thời gian
- Một bộ cảm biến nhiệt độ - độ ẩm ngoài trời của hãng ACI model ACI/RH-3-O-CP được lắp đặt trên mái tòa tháp văn phòng để theo dõi dữ liệu thời tiết xung quanh tòa nhà. Độ chính xác của cảm biến nhiệt độ là +/-0,2oC trên toàn dải đo 0~70oC; của cảm biến độ ẩm là +/-3% độ ẩm tương đối trên dải đo 50~80%.
- Các cảm biến nhiệt độ trên đường ống nước cấp/hồi của hãng Alerton model TS- 2106-PH-10-AA có độ chính xác +/-0,2oC trên toàn dải đo 0~70oC. Các cảm biến nhiệt độ này được lắp đặt ở tất cả các đầu đường ống nước vào ra của các thiết bị chính trong TLTT bao gồm: chiller, tháp giải nhiệt, các ống góp chính cấp và hồi. - Một cảm biến chênh áp suất của hãng Autotrans model 560D, dải đo 0~10kPa, độ
chính xác 2% trên dải đo, được lắp đặt trên đường ống góp nước lạnh chính cấp và hồi để giám sát độ chênh áp giữa hai đường ống góp chính, làm tín hiệu đầu vào để điều khiển tốc độ của biến tần bơm nước lạnh và độ mở của van điều khiển đi tắt (by-pass) khi lưu lượng nước cấp từ TLTT chiller lớn hơn lưu lượng nước cấp cần thiết ở phía phụ tải lạnh.
Các tính năng cơ bản của hệ thống BAS bao gồm: - Giám sát trạng thái làm việc của các thiết bị;
- Điều khiển hoạt động của các thiết bị theo quy trình và lịch trình lập sẵn; - Mô hình hóa và lập kế hoạch vận hành theo thời gian thực phù hợp;
60
- Đo đếm và lưu trữ các thông số vận hành (trendlog) của các thiết bị và hệ thống theo thời gian thực;
- Đặt lịch bảo dưỡng cho từng thiết bị theo số giờ chạy thực của thiết bị;
- Tạo lập các báo cáo về chế độ vận hành, quản lý năng lượng tiêu thụ, báo động… Để có thể lưu trữ dữ liệu vận hành, hệ thống BAS cho phép lập kế hoạch lấy mẫu và lưu trữ dữ liệu theo thời gian thực (trendlog). Thời gian lấy mẫu và lưu trữ có thể đặt được, khoảng từ 30 giây đến hàng giờ, tùy thuộc vào tốc độ đường truyền trong hệ thống cũng như nhu cầu lưu trữ dữ liệu vận hành của người sử dụng. Dữ liệu ghi được được lưu thành file dạng Microsoft access hoặc SQL và có thể xuất ra các file excel phục vụ cho công tác lưu trữ, xử lý dữ liệu vận hành và quản lý cần thiết.
Như vậy, hệ thống BAS được trang bị cho TLTT chiller nói riêng cho tòa nhà Mipec Tower, hay cả hệ thống ĐHKK nói chung đã như là một mô hình thu thập và lưu trữ dữ liệu vận hành thực tế gần như là đầy đủ cho toàn bộ hệ thống ĐHKK. Đây cũng chính là mô hình thực nghiệm thực tế gần như đầy đủ để thu thập và quản lý các dữ liệu vận hành của hệ thống. Các thông số không được giám sát từ hệ thống BAS có thể thực hiện được thông qua các thiết bị đo bên ngoài như: đo lưu lượng nước giải nhiệt qua van cân bằng và bộ đo lưu lượng, đo công suất điện qua các bộ đồng hồ đo điện...