CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HÓA PHÂN PHỐI PHỤ TẢI TRẠM LẠNH TRUNG TÂM CHILLER
4.2Mô hình đối tượng thiết bị chính
Sử dụng mô hình đa thức từng khúc để mô hình đặc tuyến năng lượng của các MLTT chiller và đặc tuyến làm việc của các bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt ở tòa nhà Mipec Tower với bộ số liệu đã xử lý thu được từ quy trình xử lý số liệu ở trên.
Khảo sát sơ bộ hình dáng đặc tính năng lượng của các MLTT chiller thông qua mật độ phân bố điểm đặc tuyến và sơ bộ xu hướng hình dáng đặc tuyến từ dữ liệu đầu vào để nhận định điểm gẫy trên đường đặc tuyến. Với chiller số 1 là điểm xung quanh năng suất lạnh 1500kW, chiller 2 ở vị trí khoảng 1700kW, chiller 3 ở vị trí khoảng 1200kW, chiller số 4 ở vị trí khoảng 1400kW là vị trí nghi ngờ điểm gẫy nhất. Xây dựng thử mô hình năng đặc tuyến năng lượng bằng mô hình đa thức bậc 2 với 1 điểm gẫy nghi ngờ như trên, kết
68
quả hình dáng đặc tuyến năng lượng của các chiller thu được cũng tương tự như mô hình thu được từ mô hình đa thức bậc 2 không có điểm gẫy. Điều này có thể dễ hiểu vì mỗi MLTT chiller ở đây chỉ dùng một máy nén ly tâm duy nhất và điều chỉnh năng suất lạnh bằng một van hướng dòng đầu hút. Do đó đặc tuyến làm việc, đặc tuyến năng lượng của nó trơn trên toàn dải điều chỉnh công suất. Điểm gẫy của đường đặc tuyến làm việc và đặc tuyến năng lượng sẽ thấy rõ hơn đối với các MLTT chiller sử dụng hai hay nhiều máy nén lạnh, bởi khi đó việc điều chỉnh năng suất lạnh của máy bao gồm cả việc ngắt bớt hay thêm vào một hoặc một số máy nén lạnh.
Các bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt cũng được điều chỉnh bằng biến tần nên đặc tuyến làm việc của chúng cũng trơn tương tự như của MLTT chiller dùng máy nén ly tâm ở trên. Bản chất đặc tuyến làm việc của các thiết bị bơm quạt, máy nén ly tâm là như nhau. Do đó, với các MLTT chiller dùng máy nén ly tâm và bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt tại tòa nhà Mpec Tower cũng chỉ cần sử dụng mô hình đa thức từng khúc với đa thức bậc hai không có điểm gẫy cũng đảm bảo mô tả được đường đặc tuyến năng lượng của chúng.
4.2.1 Mô hình đặc tuyến năng lượng của máy lạnh trung tâm chiller
Kết quả mô hình đặc tuyến năng lượng của các MLTT chiller bằng mô hình đa thức từng khúc với đa thức bậc hai không điểm gẫy với dữ liệu vận hành thực tế của từng MLTT chiller thể hiện trong hình 4.1 ~ 4.4 và tổng hợp ở hình 4.5, hàm mô hình đặc tuyến cho từng chiller tương ứng như công thức (4.1) ~ (4.4). Lưu ý rằng trong các công thức hàm mô hình đặc tuyến (4.1) ~ (4.4) thì đơn vị tính của công suất điện tiêu thụ là 10kW, đơn vị tính của năng suất lạnh là 10kW.
Chiller số 1: mô hình đặc tuyến năng lượng thu được từ 271 điểm, điểm xuất phát của năng suất lạnh Qo thay đổi từ Qo,1min = 488,66kW và Qo,1max = 2530,18kW; công suất điện tiêu thụ nhỏ nhất và lớn nhất tương ứng là 184,09 kW và 498,43kW.
NCH,1 = 17,968 + 0,006 Qo,1 + 0,0004722(Qo,1)2 (4.1) Tổng tất cả sai số bình phương của tất cả sai số ở các điểm Σe2 = 752,385
Độ dốc của hàm mô hình hóa thu được |Gradient| = 0,04 R2 = 0,91227 Chiller số 2: mô hình đặc tuyến năng lượng thu được từ 118 điểm, điểm xuất phát của năng suất lạnh Qo thay đổi từ Qo,2min = 641,56kW và Qo,2max = 2593,5kW; công suất điện tiêu thụ tiêu nhỏ nhất và lớn nhất tương ứng là 208,62 kW và 499,33 kW.
69
NCH,2 = 10,285 + 0,168 Qo,2 – 0,0001049 (Qo,2)2 (4.2) Σe2 = 1272 |Gradient| = 0,06 R2 = 0,733206
Hình 4.1 Kết quả mô hình đặc tuyến năng lượng của chiller số 1
70
Hình 4.3 Kết quả mô hình đặc tuyến năng lượng của chiller số 3
71
Chiller số 3: mô hình đặc tuyến năng lượng thu được từ 267 điểm, điểm xuất phát của năng suất lạnh Qo thay đổi từ Qo,3min = 438,12kW và Qo,3max = 2623,88kW; công suất điện tiêu thụ nhỏ nhất và lớn nhất tương ứng là 175,16 kW và 507,05 kW.
NCH,3 = 11,36 + 0,112 Qo,3 + 0,0001609 (Qo,3)2 (4.3) Σe2 = 2925 |Gradient| = 0,52 R2 = 0,863389
Chiller số 4: mô hình đặc tuyến năng lượng thu được từ 266 điểm, điểm xuất phát của năng suất lạnh Qo thay đổi từ Qo,4min = 434,02kW và Qo,4max = 2440,67kW; công suất điện tiêu thụ nhỏ nhất và lớn nhất tương ứng là 161,32 kW và 507,57 kW.
NCH,4 = 10,013 + 0,135 Qo,4 + 0,0001293 (Qo,4)2 (4.4) Σe2 = 4295 |Gradient| = 1,65 R2 = 0,829706
Đồ thị tổng hợp các đặc tuyến năng lượng của 4 MLTT chiller trong công trình Mipec tower thể hiện ở hình 4.5. Biểu đồ COP của 4 chiller thu được từ kết quả xây dựng đặc tuyến năng lượng thể hiện ở hình 4.6. Ta có nhận xét rằng:
- Mô hình đa thức từng khúc với đa thức bậc hai cho phép nhận được lời giải là một hàm tường minh rất nhanh, hiệu quả, đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi một phương tiện toán học đủ nhanh và mạnh dùng cho xử lý một bộ số liệu vận hành thực tế lớn.
- So sánh với đường đặc tuyến IPLV và COP theo nhà sản xuất công bố như trong phụ lục 9 cho MLTT chiller, ta chỉ thấy được sự tương đồng của đường đặc tuyến COP của chiller số 1 so với công bố của nhà sản xuất, COP đạt cực đại trong khoảng phụ tải lạnh 65~80%. COP của chiller số 3 và 4 chỉ tương đồng với công bố của nhà sản xuất cho đến khoảng phụ tải lạnh 65~70%. Ở mức năng suất lạnh trên 70%, COP của các chiller 3 và 4 này vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm hơn và sai khác với nhà sản xuất công bố. Đường COP của chiller 2 gần như tuyến tính trong suốt dải làm việc lớn hơn 50% tải của nó.
- Đặc tuyến năng lượng của bốn chiller có sự sai khác. Chiller số 1 có đường đặc tuyến năng lượng thấp nhất và tốt nhất trong khoảng phụ tải lạnh 40% ~ 85%. Trong khi đó đặc tuyến năng lượng của chiller 2 lại thấp nhất ở khoảng tải dưới 50% còn chiller 4 lại cao nhất ở khoảng tải lạnh trên 50%. Chiller 3 có đường đặc tuyến năng lượng trung bình so với các chiller còn lại trong toàn dải phụ tải của nó. Điều này có thể giải thích do đặc tuyến năng lượng của mỗi chiller phụ thuộc vào điều kiện vận hành và tình trạng thiết bị thực tế liên quan đến chế độ
72
bảo dưỡng, vận hành của thiết bị như: độ bám cáu cặn của dàn ống bình ngưng, dàn ống bình bay hơi, nhiệt độ nước lạnh vào / ra của bình bay hơi, của bình ngưng...
Hình 4.5 Đặc tuyến năng lượng của 4 chiller
73
- Giới hạn làm việc hay khoảng điều chỉnh năng suất lạnh của các MLTT chiller phù hợp với các công bố của nhà sản xuất chiller, khoảng đều chỉnh công suất của chiller trong khoảng 20% đến 100%. Mô hình đặc tuyến năng lượng thu được phản ánh đúng đặc tuyến làm việc của thiết bị được mô hình hóa.
4.2.2 Mô hình đặc tuyến làm việc của bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt
Kết quả mô hình đặc tuyến làm việc của các bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt bằng mô hình đa thức từng khúc với đa thức bậc hai trơn với dữ liệu vận hành thực tế được thể hiện trong hình 4.7 và hình 4.8 và hàm mô hình đặc tuyến cho từng thiết bị tương ứng như công thức (4.5) ~ (4.12). Lưu ý rằng trong các công thức hàm mô hình hóa (4.5) ~ (4.12) thì đơn vị tính của công suất điện tiêu thụ là kW, đơn vị tính của lưu lượng nước là L/s , giới hạn lưu lượng nước của bơm nước lạnh LNL,min = 50 L/s, LGN,min = 60 L/s như yêu cầu lưu lượng nước tối thiểu của MLTT chiller Carrier, LNL,max = 83,7 L/s, LGN,max = 100 L/s như tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất bơm nước Grundfos. Bơm nước lạnh số 5 và bơm nước giải nhiệt số 5 đang bị lỗi nên không lấy được số liệu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.7 Đặc tuyến làm việc của 4 bơm nước lạnh
Bơm nước lạnh số 1:
NNL,1 = 67,081 – 1,859LNL,1 + 0,014 (LNL,1)2 (4.5) Σe2 = 7,601 |Gradient| = 0,02 R2 = 0,803222
74 Bơm nước lạnh số 2: NNL,2 = – 23,933 – 0,459 LNL,2 + 0,009 (LNL,2)2 (4.6) Σe2 = 4,153 |Gradient| = 0,02 R2 = 0,837321 Bơm nước lạnh số 3: NNL,3 = 150,652 – 3,388 LNL,3 + 0,02 (LNL,3)2 (4.7) Σe2 = 3,427 |Gradient| = 0,01 R2 = 0,828248 Bơm nước lạnh số 4: NNL,4 = 190,514 – 4,118 LNL,4 + 0,024 (LNL,4)2 (4.8) Σe2 = 4,227 |Gradient| = 0,02 R2 = 0,9994151
Hình 4.8 Đặc tuyến làm việc của 4 bơm nước giải nhiệt
Bơm nước giải nhiệt số 1:
NGN,1 = 24,859 - 0,793 LGN,1 + 0,012 (LGN,1)2 (4.9) Σe2 = 2,613 |Gradient| = 0 R2 = 0,99762
Bơm nước giải nhiệt số 2:
NGN,2 = 23,2 – 0,718 LGN,2 + 0,012 (LGN,2)2 (4.10) Σe2 = 1.154 |Gradient| = 0 R2 = 0,0,958246
75
Bơm nước giải nhiệt số 3:
NGN,3 = 13,354 – 0,375 LGN,3 + 0,01 (LGN,3)2 (4.11) Σe2 = 1,152 |Gradient| = 0 R2 = 0,9896
Bơm nước giải nhiệt số 4:
NGN,4 = 12,221 – 0,4 LGN,4 + 0,01 (LGN,4)2 (4.12) Σe2 = 0,84 |Gradient| = 0 R2 = 0,999203
Kết quả mô hình đặc tuyến làm việc của các bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt ở TLTT chiller Mipec Tower cho thấy:
- Mô hình đặc tuyến làm việc thu được là một hàm trơn hoàn toàn hoặc gần như trơn hoàn toàn khi |Gradient| của nó đều bằng không hoặc xấp xỉ bằng không phản ảnh đúng tính chất đặc tuyến làm việc của bơm được điều khiển bằng biến tần.
- Mô hình đặc tuyến làm việc thu được từ số liệu vận hành thực tế cho thấy, điểm làm việc của bơm nước giải nhiệt và cả bơm nước lạnh đang khác với điểm làm việc như thiết kế. Công suất điện tiêu thụ của các bơm nước giải nhiệt thực tế dao động trong khoảng 55 ~ 65 kW phù hợp với công bố của nhà sản xuất Grundfos trong phụ lục 10 trong khoảng 50 ~ 61 kW. Trong khi thực tế các bơm nước giải nhiệt luôn hoạt động thực tế dưới lưu lượng nước thiết kế, chỉ khoảng 85 ~ 95 L/s so với yêu cầu 100 L/s như thiết kế, chứng tỏ đặc tuyến lưới của hệ thống đường ống nước giải nhiệt đang lớn hơn so với thiết kế, tổng cột áp làm việc thực tế của bơm > 50 mH2O. Đây là một trong những nguyên nhân dẫn đến MLTT chiller không tăng được năng suất lạnh trong thực tế vận hành khi phía phụ tải lạnh yêu cầu lớn hơn còn phần giải nhiệt ở bình ngưng bị hạn chế bởi độ chênh nhiệt độ khi bị thiếu nước giải nhiệt ở bình ngưng.
- Ngược lại với bơm nước giải nhiệt, điểm làm việc của các bơm nước lạnh khác với điểm làm việc trong thiết kế 83,7 L/s, cột áp 50 mH2O, khi thực tế bơm nước lạnh đang hoạt động ở lưu lượng nước lớn hơn, khoảng 120 ~ 135 L/s; công suất điện tiêu thụ thực tế dao động trong khoảng 50 ~ 55 kW khá phù hợp với thiết kế là 49,3 ~ 52,1 kW. Điều này chứng tỏ đặc tuyến lưới của hệ thống đường ống nước lạnh đang nhỏ hơn so với thiết kế là 50 mH2O.
- Điểm làm việc thực tế của bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt sai khác đi so với thiết kế và yêu cầu của MLTT chiller. Điều này cũng làm tăng chi phí điện
76
năng tiêu thụ của hệ thống bơm và cả chiller khi chưa khai thác hết được khả năng và sự phối hợp làm việc của cả TLTT chiller như một hệ thống liên động khép kín. Nó dẫn đến việc kéo dài thời gian mất ổn định cân bằng năng lượng của hệ thống, đặc biệt ở trong giai đoạn khởi động hệ thống ở đầu mỗi ngày làm việc khi TLTT chiller phải tăng nhanh hơn năng suất lạnh để bù cho quán tính nhiệt của hệ thống. Đây cũng là nguyên nhân khiến người vận hành hệ thống ĐHKK tại tòa nhà Mipec Tower thường xuyên phải tăng cường thêm bơm nước giải nhiệt ở mỗi đầu ngày khởi động hay khi phụ tải lạnh tăng cao trong ngày. 4.3 Hàm mục tiêu tiết kiệm năng lượng và đường đặc tuyến