Chi phí vận hành hệ thống ĐHKK của tòa nhà có thể rút giảm bằng cách sử dụng điện vào giờ thấp điểm để làm lạnh nước hay làm đông đá, rồi sau đó dùng nước lạnh hay nhiệt từ hệ thống tích trữ lạnh này (xem hình 2.3) để làm mát, điều hoà tòa nhà vào giờ cao điểm. Các tòa nhà thương mại, công nghiệp với những hệ thống ĐHKK được thiết kế hợp lý có thể giảm chi phí vận hành và cả chi phí đầu tư nữa. Hệ thống tích trữ lạnh sẽ có hiệu quả trong các trường hợp sau:
• Có thay đổi lớn về nhu cầu điều hòa không khí, hay có sự chênh lệch lớn về mức tiêu thụ năng lượng giữa những giờ cao điểm với giờ thấp điểm.
• Hệ thống ĐHKK đang được cải tạo, hay sẽ lắp đặt tại những tòa nhà mới.
• Nguồn cung cấp điện tại chỗ bị giới hạn.
• Cần thêm năng suất lạnh dự phòng.
a. Những khái niệm cơ bản về tích trữ lạnh
TNB đưa ra một hệ thống tích trữ lạnh (ITSS) chuyên sử dụng giá cước loại C2 (giá thấp) cung cấp cho khách hàng. Với giá cước này thì thời gian thấp điểm
bình thường sẽ kéo dài thêm 2 giờ, giữa 9h tối đến 9h sáng ngày hôm sau. Phụ tải của hệ thống tích trữ lạnh trong thời gian kéo dài thêm ngoài giờ cao điểm này được tính rẻ hơn 1cent so với giá ngoài giờ cao điểm bình thường (0.0345 $/kWh thay vì 0.0374 $/kWh, năm 2001). Với biểu giá này, chi phí lớn nhất vào giờ cao điểm không thấp hơn 50% giá trị ghi nhận từ đồng hồ điện của tòa nhà. Thêm nữa, các phụ tải khác của khách hàng được tính theo giá cước C2 thông thường. Cần nói rõ là mức giá cước thấp trên chỉ áp dụng 7 năm sau khi lắp đặt ITSS.
Chiller của các tòa nhà thương mại thường không hoạt động vào ban đêm. Do đó, sử dụng ITSS có thể chia một phần phụ tải của chiller từ giờ cao điểm sang giờ thấp điểm. Vì vậy, ITSS là sự phối hợp việc quản lý tải và kỹ thuật san bằng tải nhằm cải thiện hệ số phụ tải.
Để có thể áp dụng ITSS với một chiller bình thường (hình 2.3, 2.6 & 2.7), cần phải thay đổi một số chỗ của hệ thống chiller hiện hành. Lúc đó chiller phải hoạt động dưới nhiệt độ đông đặc của nước (00C) để có thể truyền phụ tải lạnh. Do đó, khi nối kết ITSS với các chiller, cần phải thay nước lạnh bằng một dung dịch đặc biệt có nhiệt độ đông đặc thấp hơn nước. Điều này sẽ làm giảm hiệu quả truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt của chiller, khiến cho COP giảm.
Trong hình 2.4 và 2.5 là bồn trữ lạnh dùng băng được bọc cách nhiệt, bên trong chứa bộ trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn làm bằng vật liệu plastic nằm ngập trong nước. Bồn trữ lạnh này có phạm vi công suất 45-500 tấn/giờ. Vào buổi tối, nước chứa 25% êtylen glycol, được làm lạnh từ chiller rồi tuần hoàn qua bộ trao đổi nhiệt để nhận nhiệt cho đến khi khoảng 95% nước trong bồn đóng băng. Băng được tạo ra có kích cỡ đồng đều nhờ sự đồng nhất nhiệt độ trong không gian của thiết bị trao đổi nhiệt (hình 2.5). Phần nước không bị đông trong quá trình làm lạnh có thể di chuyển tự do khi băng hình thành, ngăn ngừa những hư hỏng gây ra cho bồn.
Hình 2.18. Hệ thống tích trữ băng
Các sơ đồ hệ thống tích trữ một phần điển hình được trình bày ở hình 2.6 và 2.7. Buổi tối, dung dịch nước-glycol (chất tải lạnh) sẽ đi tắt qua AHU (dàn lạnh) (hình 2.5). Nhiệt độ của dung dịch là 25 F (tức -3.9 0C) và làm đông đặc nước xung quanh bộ trao đổi nhiệt.
Hình 2.20. Sơđồ nạp tải (tạo băng)
Ngày hôm sau, băng đã được tích trữ sẽ làm lạnh dung dịch từ 52 F (11.10C) xuống còn 34 F (1.10C) (hình 2.6). Có một van tự động nhiệt đặt trên đường bypass vòng quanh bồn, cài đặt ở 44 F (6.70C). Van này sẽ cho một lượng vừa đủ dung dịch ở 52 F (12.70C) đi theo đường bypass, hoà trộn với dung dịch 34 F (1.10C), để đạt được nhiệt độ mong muốn là 44 F (6.70C). Dung dịch 44 F (6.70C) này đi vào dàn lạnh, làm lạnh không khí từ 75 F (23.80C) đến 55 F (12.70C). Sau khi ra khỏi dàn lạnh ở 60 F (15.60C), dung dịch đi vào chiller, được làm lạnh đến 52 F (11.10C) và thực hiện vòng tuần hoàn.
Cần lưu ý rằng, khi tạo băng vào buổi tối, chiller phải làm lạnh dung dịch đến 25 F (-3.90C), chứ không sản xuất nước cung cấp cho hệ thống ĐHKK có nhiệt độ là 44 F (6.70C) hoặc 45 F (7.20C). Điều này làm năng suất lạnh giảm 30-35%. Tuy nhiên, hiệu suất máy nén biến đổi không đáng kể do nhiệt độ buổi tối thấp hơn đã hạ nhiệt độ ngưng tụ xuống và giúp hệ thống duy trì hoạt động hiệu quả.
Van tự động nhiệt bố trí trên đường bypass giúp cho việc điều chỉnh năng suất lạnh tốt hơn. Trong những ngày dịu mát, đặc biệt là vào mùa mưa, chiller có khả năng cung cấp tải cần thiết mà không cần sự hỗ trợ của hệ thống tích trữ lạnh. Khi phụ tải lạnh của cao ốc bằng hoặc thấp hơn năng suất lạnh của chiller, toàn bộ lưu lượng sẽ được cho đi qua đường bypass (hình 2.8)
Lưu ý rằng glycol dùng cho giải pháp này là một chất làm mát trong công nghiệp có gốc ethylene glycol, được pha chế để có tính nhớt thấp và truyền nhiệt cao. Chất này chứa một hỗn hợp đa thành phần chống ăn mòn, cho phép sử dụng hệ thống các bơm, mặt bích và AHU tiêu chuẩn. Do có sự khác biệt một chút về hệ số truyền nhiệt của dung dịch nước – glycol với nước đơn thuần nên nhiệt độ chất lỏng có thể phải thấp hơn 1 ÷ 2 độ. Điều này dễ dàng đạt được nhờ có băng.
Tóm lại, việc tích trữ băng trong hệ thống ĐHKK sẽ mang lại hiệu quả khi các tòa nhà còn trong giai đoạn đang thiết kế, hay khi các chiller cần thay mới.
2.2.3. Nghiên cứu và phân tích các cơ hội sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cho hệ thống chiếu sáng trong các toà nhà cao tầng / khách sạn.[6]