hoà không khí.
a. Tiết kiệm năng lượng bằng việc giảm lượng gió cấp dư thừa[6]
Một thành phần quan trọng làm tiêu thụ nhiều năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí ở các vùng nhiệt đới là lấy lượng gió tươi vượt quá mức cần thiết. Chỉ cần một tỷ lệ nhỏ lượng gió tươi nhiều hơn so với bình thường sẽ làm tăng nhanh chóng tải nhiệt hiện (thể hiện ở nhiệt độ) và nhiệt ẩn (thể hiện ở độ chứa hơi) của hệ thống điều hòa không khí. Việc này làm tăng tiêu thụ năng lượng và mất kiểm soát điều kiện không khí trong nhà.
Ở vùng nhiệt đới, nhiệt độ và độ ẩm bên ngoài thường cao hơn điều kiện thiết kế bên trong tòa nhà, nên gió tươi bên ngoài đưa vào hệ thống sẽ làm tăng tải lạnh, dẫn đến làm tăng năng lượng tiêu thụ. Do đó ở những vị trí có thông với bên ngoài như cửa ra vào, cửa sổ, các chỗ thông khác như cầu thang, hội trường, … nên được làm kín, chỉ cho phép một lượng gió tươi nhất định cần cho thông gió chứ không nhiều hơn.
Việc thông gió tòa nhà nên được giảm xuống đến mức khuyến cáo của những tiêu chuẩn tin cậy, ví dụ như của ASHRAE hay các tiêu chuẩn tương tự. Giá trị lượng gió tươi phụ thuộc vào từng ứng dụng. Ví dụ, giảng đường có yêu cầu khác
với phòng thí nghiệm hay nhà bếp. Đối với các văn phòng nói chung, cũng như hầu hết các ứng dụng khác, việc thiết kế phụ thuộc vào số người sử dụng (theo kinh nghiệm khoảng 10 l/s cho mỗi người), mà không có sự kiểm tra về chất lượng không khí. Trường hợp số người hiện diện thực sự không biết rõ thì lấy 1 l/s cho mỗi m2 (điều này có nghĩa là tính trung bình mỗi người 10 m2 tính theo mặt sàn. Nếu mật độ người cao hơn thì ta hiệu chỉnh theo tỷ lệ tương ứng.
Hầu hết các hệ thống điều hòa không khí cho tòa nhà được thiết kế thông gió theo theo diện tích sàn, bởi vì người thiết kế không tiên đoán được số lượng người thực sự sẽ hiện diện.
Lưu ý rằng, gió tươi và gió cấp là khác nhau. Gió tươi lấy bên ngoài cho mục đích thông gió. Gió cấp bao gồm gió tươi và gió hồi, thông thường khoảng 5 đến 6 lần gió tươi.
ASHRAE cũng nhấn mạnh rằng, đối với tòa nhà có tự động điều khiển lưu lượng gió tươi thì mức giới hạn dưới nói trên không áp dụng. Mức độ thông gió được xác định bởi lượng gió tươi bên ngoài cần làm loãng nồng độ CO2 bên trong xuống còn 1000 ppm (phần triệu). Có nghĩa là cánh bướm ống gió tươi được giảm đến zero khi nồng độ CO2 vẫn còn thấp hơn 1000 ppm.
Lưu lượng gió tươi được xác định dễ dàng theo bản vẽ thiết kế hay đo trực tiếp. Nhìn chung nó thường vượt hơn so với qui định ở các tiêu chuẩn, do đó trong trường hợp không biết cụ thể thường lấy 1 l/s mỗi m2 để đảm bảo an toàn.
Trường hợp có điều khiển CO2 thì lượng không khí mới để thông gió thật sự không dễ xác định, do đó phải có những giả thiết và ước tính. Một hướng dẫn là xem xét các nguồn phát sinh CO2 trong tòa nhà. Đây chính là việc dự kiến số người hiện diện trong tòa nhà. Số người hiện diện thực tế thường ít hơn điều kiện thiết kế (10 m2 cho mỗi người), bởi vì một phần không gian bị choán bởi các kệ trưng bày, giá sách, thiết bị.
Việc ước lượng số người hiện diện (trung bình) cũng chính là ước tính lượng gió tươi yêu cầu để làm loãng nồng độ CO2. Nhìn chung, cứ khoảng 5 l/s cho mỗi người là đủ để làm loãng nồng độ CO2 xuống thấp hơn 1000 ppm. Trường hợp cho phép hút thuốc thì có thể lấy đến 10 l/s.
b. Tiết kiệm năng lượng bằng việc giảm nhiệt thâm nhập qua cấu trúc tòa nhà[6]
Chức năng của hệ thống điều hòa không khí là tạo ra môi trường phù hợp để làm việc và sinh sống. Việc cải thiện hiệu suất của hệ thống có thể thực hiện bằng cách:
• Cải tiến thiết bị của hệ thống điều hòa không khí.
• Cải thiện tính năng phần vỏ bọc bao che của tòa nhà.
c. Nghiên cứu trường hợp thay tháp giải nhiệt
Một nhóm chuyên gia đã tiến hành kiểm toán năng lượng cho tòa nhà thư viện của một Viện đại học ở Selangor ở Malaysia vào năm 2001 [3]. Thư viện này được điều hòa không khí bởi 3 chillers (1 ở chế độ dự phòng), 8 AHUs. Hệ thống nước giải nhiệt gồm hai tháp giải nhiệt 225 TR. Ước lượng chi phí điện hàng năm là 1.063.532 kWh với trị giá 74,6$.
Hai tháp giải nhiệt này làm việc ở điều kiện rất tệ, nước có nhiều cáu và rong tảo. Các lỗ phân phối nước ở đĩa phía trên tháp bị nghẹt do cáu bẩn, do đó lượng nước chảy vào giữa tháp bị giảm. Phần lớn lớp tổ ong bị khô bởi nước xối không đều. Do đĩa phân phối nước bị nghẹt, bất cứ lượng nước giải nhiệt nào tăng lên cho bình ngưng cũng bị tràn ở tháp. Vì thế người vận hành phải tiết giảm lượng nước giải nhiệt bình ngưng bằng cách đóng bớt van nước.
Lớp tổ ong bị tắc do bám cáu cặn và hỏng một phần. Trong tháp đầy cáu cặn và rong tảo. Đây là môi trường lý tưởng cho vi khuẩn phát triển, ví dụ như legionella pneumophilia (vi khuẩn có khả năng gây ra dịch bệnh chết người Legionnaires) và nhiều tác nhân gây bệnh khác.
Ước tính tháp hoạt động không tới 50% công suất chillers do phân phối nước kém. Điều này có nghĩa là hệ thống chillers không thể hoạt động đầy tải vì nhiệt không thể thải khỏi hệ thống thông qua tháp giải nhiệt.
Thư viện chỉ bố trí cho chillers hoạt động đầy tải chủ yếu vào giai đoạn kiểm tra. Đó là lý do mà tình trạng tháp giải nhiệt xấu không được ghi nhận trong quá trình vận hành
Tình trạng tồi tệ của tháp không thể giải quyết được bằng việc sửa chữa. Do vậy họ đã đề nghị thay tháp giải nhiệt. Lý do là sau khi thay tháp mới thì van trên đường nước chính cung cấp cho bình ngưng sẽ được mở hoàn toàn.
Tiết kiệm năng lượng thu nhận được khi thay tháp giải nhiệt mới là nhờ nước qua bình ngưng lạnh hơn, nhờ tháp giải nhiệt sạch và dễ bảo dưỡng. Tuy nhiên lượng tiết kiệm được rất nhỏ, ước tính chỉ khoảng 3% công suất tiêu thụ điện của hệ thống điều hòa không khí. Chỗ tiết kiệm chính là giảm công bơm nước đến bình ngưng do van được mở hoàn toàn làm giảm tổn thất trong vòng tuần hoàn nước. Ước tính năng lượng tiết kiệm hàng năm thu được khi thay tháp giải nhiệt là 31.906 kWh, tương đương 2,22$. Chi phí thay tháp mới là 16.655$, thời gian hoàn vốn 7,44 năm. Mặc dù thời gian hoàn vốn khá dài, nhưng lý do chính của việc thay thế này là loại trừ được mối nguy hiểm cho sức khỏe.
d. Ví dụ về tăng nhiệt độ cài đặt bên trong tòa nhà
Ở vùng nhiệt đới, chức năng của hệ thống điều hòa không khí là lấy nhiệt ra khỏi tòa nhà cũng như ngăn chặn sự xâm nhập nhiệt từ bên ngoài để duy trì mức độ hợp lý về nhiệt độ và độ ẩm. Nhìn chung, cảm giác tiện nghi của con người phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ bầu khô, độ ẩm tương đối (hay nhiệt độ bầu ướt) và vận tốc không khí. Cũng không ít người có quan điểm càng lạnh càng tốt.
Theo tiêu chuẩn tiện nghi của ASHRAE, điều kiện thiết kế bên trong (trong vùng nhiều người cảm thấy thoải mái) nhìn chung ở giữa 21oC đến 24oC và giữa 30% đến 50% RH. Nếu làm lạnh hơn thì cũng không đem lại lợi ích gì. Chi phí
năng lượng sẽ tăng lên, và người ta sẽ không thấy thoải mái khiến năng suất làm việc bị ảnh hưởng.
Nhìn chung, việc xác định quan hệ giữa tiêu thụ năng lượng của hệ thống điều hòa không khí và nhiệt độ cài đặt bên trong là khá phức tạp, đòi hỏi phải mô phỏng được tổn thất nhiệt của tòa nhà. Tổn thất nhiệt của tòa nhà gồm những thành phần chính sau:
• Nhiệt hiện phát sinh qua cấu trúc
• Nhiệt ẩn và nhiệt hiện do thông gió
• Nhiệt ẩn và nhiệt hiện do người nhả ra, có thể lấy tương đương SH = 70 W/người và LH = 60 W/người.
• Nhiệt hiện do chiếu sáng, lấy theo tải chiếu sáng của tòa nhà
• Các thiết bị phát sinh nhiệt hiện nói chung, lấy tương ứng với tổng công suất các thiết bị lắp đặt trong không gian điều hòa.