5. Bố cục đề tài
1.4. Kết luận và mục tiêu nghiên cứu
Từ các phân tích trên cho thấy:
- Thị trường điều hòa không khí ở Việt Nam hiện nay đang có mức tăng trưởng cao trung bình tăng 10÷15 trên một năm về số lượng điều hòa tiêu thụ, trong khi đó theo các nghiên cứu gần đây tiêu thụ điện trong khu vực nhà dân và các tòa nhà thương mại chiếm tới 28÷35% tổng điện năng tiêu thụ. Mặt khác trong các tòa nhà cao tầng hiện đại và các hộ nhà dân, tiêu thụ năng lượng cho điều hòa không khí trong các tháng mùa hè chiếm 30%÷ 60% toàn bộ tiêu thụ điện năng
- Theo số liệu thống kê năm 2009, tổng điện năng tiêu thụ cho thiết bị điều hòa không khí ước tính khoảng hơn 2 tỷ kWh/năm tương đương khoảng 5-7% tổng sản lượng điện quốc gia. Tiết kiệm năng lượng cho điều hòa không khí là một trong những biện pháp hiệu quả nhằm giảm áp lực cho ngành điện
- Theo Quyết định 51/QĐ-Ttg ngày 12/09/ 2011 và Quyết định bổ xung 03/QĐ-Tg ngày 14/01/2013 về quy định danh mục phương tiện, thiết bị phải dán nhãn năng lượng áp dụng mức hiệu suất năng lượng và lộ trình thực hiện. Bắt đầu từ ngày 01/07/2013 cho các dòng sản phẩm điều hòa nhiệt độ không biến tần phải được dán
30
nhãn năng lượng có năng suất lạnh từ 48000BTU/h trở xuống. Từ 1/01/2014 các loại điều hòa nhiệt độ biến tầncó năng suất lạnh từ 48000BTU/h trở xuống c ng phải dán nhãn năng lượng bắt buộc.
- Mục tiêu của việc dán nhãn năng lượng nhằm mục đích khuyến khích các sản phẩm sử dụng năng lượng hiệu suất cao, tiến tới không sử dụng các sản phẩm tiêu tốn nhiều năng lượng thúc đẩy việc sản suất các sản phẩm có hiệu suất năng lượng cao.
- Tạo ra thị trường cạnh tranh nhau về phương diện sử dụng năng lượng.
- Định hướng cho người tiêu dùng phân biệt các sản phẩm hàng hóa về phương diện tiết kiệm năng lượng, ngoài ra nhãn năng lượng còn giúp người tiêu dùng nhận diện rõ hơn, lựa chọn các sản phẩm tiết kiệm năng lượng.
- Không những vậy việc dán nhãn các sản phẩm điều hòa không khí gia dụng còn là rào cản các sản phẩm có công nghệ c , các sản phẩm có hiệu suất thấp, đây còn là công cụ quản lý của nhà nước tiến tới không sử dụng các sản phẩm điều hòa gia dụng tiêu tốn năng lượng.
- Việc dán nhãn năng lượng cho các sản phẩm điều hòa gia dụng còn làm giảm áp lực phát triển các điểm nóng cho bên ngành điện lực, đồng thời đó c ng là một biện bảo vệ mồi trường, c ng như mang lại lợi ích kinh tế tối đa cho người sử dụng. - Tiết kiệm năng lượng tronglĩnh vực điều hòa không khí gia dụng góp phần làm giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính CO2.
- Vì vậy rất quan trọng phải nghiên cứu đánh giá các đặc tính năng lượng của các loại điều hòa này. Trên cơ sở đó có thể có những giải pháp thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cho lĩnh vực này trên cơ sở đề xuất mức MEPS hợp lý.
31
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ CỦA PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH NĂNG LƢỢNG CHO ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍTHEO MÙA (SPF)
2.1.Nguyên tắc chungxác định đặc tính năng lƣợng của điều hòa không khí theo chỉ số tích hợp theo mùa
Để đánh giá hiệu quả năng lượng điều hòa không khí ĐHKK Việt Namtheo chỉ số tích hợp, cần th a mãn
- Phải phù hợp với các tiêu chuẩn Quốc tế ISO để hòa nhập với thị trường thế giới nhưng có tính đến đặc điểm khí hậu Việt Nam;
- Có thể thử nghiệm được, phù hợp với điều kiện trang thiết bị thử nghiệm và trình độ cán bộ vận hành còn yếu của Việt Nam;
- Phải áp dụng được cho tất cả các loại điều hòa gia dụng có năng suất lạnh không vượt quá 48000BTU/h trên thị trường(cửa sổ, hai mảnh, cattsete, âm trần ống giógiải nhiệt gió).
Như đã phân tích ở chương một, hiện nay để đánh giá đặc tính năng lượng của gia dụng ĐHKK giải nhiệt gió, Việt Nam nên sử dụng chỉ số CSPF là thích hợp hơn cả bởi vì hai lý do chính sau:
(i) Là chỉ số tích hợp cho phép xác định năng lượng tiêu thụ và hiệu suất của thiết bị trong toàn mùa. Phản ánh đặc tính năng lượng của ĐHKK gần với thực tế sử dụng, có tính đến ảnh hưởng của tần suất chạy non tải và điều kiện nhiệt độ ngoài trời;
(ii) So với chỉ tiêu tương tự SEER của Hoa Kỳ, chỉ tiêu CSPF đo đơn giản hơn chỉ cần hai điểm là toàn tải và nửa tải tại điều kiện T1, trong khi để xác định SEER cần đo ở ít nhất 4 điểm tương ứng với 25%, 50%, 75% và 100% tải. Đây là vấn đề không khả thi ở trong các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam.
Để xác định CSPF cần dùng đồng thời 2 tiêu chuẩn ISO 5151:2010 và ISO 16358: 2012 để kiểm định. Trên thế giới các nước tiên tiến Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc... c ng đều sử dụng các tiêu chuẩn tương đương với hai tiêu chuẩn trên để
32
kiểm định loại ĐHKK gia dụng.Trong đó tương đương với tiêu chuẩn ISO 5151:2010 ở Việt Nam đã có tiêu chuẩn TCVN5676:2013, tương đương với ISO 16358 1:2012 là TCVN 7831:2012.
2.2. Phƣơng pháp xác định hệ số EER
Để xác định đặc tính năng lượng của ĐHKK theo mùa theo chỉ số CSPF, trước hết cần phải xác định hệ số EER tại một số điểm đặc trưng, tùy theo loại máy.
Hệ số EER: Là tỉ số giữa năng suất lạnh và công suất điện cần thiết để vận hành máy điều hòa không khí ở chế độ xác định.
EER (hayCOP) được đo ở chế độ toàn tải càng lớn thì máy điều hòa không khí càng hiệu quảvề mặtsử dụng năng lượng.
Đơn vịcủa COP thông thường là kW/kWtheo hệ thống Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO). Trong hệMỹ, thông thường chỉ sốEER tính theo BTU/h/W.
Ví dụ: Giả sử công suất điện của máyđiều hòa không khí loại 12000BTU/h là 1000W thì hệ số EER là 12. EER được xác định theo các tiêu chuẩn qui định bởi ARI 210/24
Phương pháp thí nghiệm để xác định hệ số EER là xây dựng hai buồng có khả năng điều khiển đồng thời nhiệt độ,°Cvà độ ẩm tương đối φ, % (controlled climat chamber-testing room .Hai buồng này được cách nhiệt, cách ẩm với môi trường bên ngoài bằng các tấm panel bảo ôn, cách ẩm.Sau đó điều hòa gia dụng cần thử nghiệm được đưa vào các buồng này.Buồng thứ nhất giàn lạnh được đặt vào, trong buồng này tải nhiệt hiện và nhiệt ẩn được tạo ra bởi các thiết bị tạo tải giả, thanh đốt hoặc bơm nhiệt, thiết bị tạo ẩm.Buồng còn lại đặt dàn nóng, nhiệt độ và độ ẩm của buồng này c ng được điều khiển và duy trì bởi hệ thống điều hòa, thanh đốt bổ xung 0và thiết bị tạo ẩm/ khử ẩm.
Với điều kiện khí hậu của nước ta là khí hậu nhiệt đới gió mùa, độ ẩm cao quanh năm, điều kiện thử nghiệm thích hợp về nhiệt độ, độ ẩm theo ISO 5151:2010 TCVN 7831:2007 là điều kiện T1
33
Hình 2.1 hế đ nhiệt đ , đ ẩm dùng để iểm định điều h gi dụng theo ISO 5151:2010 đượ trình y ở ảng 2.1[12]
Bảng 2.1. hế đ nhiệt đ , đ ẩm dùng để thử nghiệm điều h gi dụng[12]
Thông số thử nghiệm
Điều kiện thử nghiệm
T1 T2 T3
Nhiệt độ không khí cấp vào phòng thử nghiệm giàn lạnh Indoor side :
- Nhiệt độ khô - Nhiệt độ bầu ướt
27oC 19oC 21oC 15oC 29oC 19oC
Nhiệt độ không khí cấp vào phòng thử nghiệm giàn lạnh Indoor side :
- Nhiệt độ khô - Nhiệt độ bầu ướta
35oC 24oC 27oC 19oC 46oC 24oC
34 Ghi chú:
T1 Điều kiện thử năng suất lạnh dùng cho vùng khí hậu ôn hòa cận nhiệt đới, nhiệt đới gió mùa
T2 Điều kiện thử năng suất lạnh dùng cho vùng khí hậu ôn đới
T3 Điều kiện thử năng suất lạnh dùng cho vùng khí hậu nóng khô khí hậu sa mạc, xích đạo
a
Điều kiện này chỉ bắt buộc đối với việc thử nghiệm giàn ngưng tụ dạng ngưng tụ- bay hơi
Trên cơ sở các đầu đo, thiết bị chuyển đổi, lưu giữ số liệu và phần mềm tính toán phân tích chuyên dụng có thể xác định được hệ số EER
2.3. Đánh giá năng lƣợng theo degree-day 2.3.1 Khái niệm cơ sở
Các chỉ số đánh giá hiệu suất tích hợp theo mùa là chỉ số được tính theo lượng nhiệt tổng trong toàn mùa chạy điều hòa trên tổng công suất năng lượng tiêu thụ tương ứng. Tỉ số trên bản chất được xây dựng trên cơ sở tỉ số của các tích phân hai lớp sau: max min max min 0 0 0 T T T T T Q d d Q X P Pd dT (2.1)
Từ các cách tiếp cận khác nhau đểtính toán xấp xỉ tích phân trên ta sẽ có được các chỉ số tích hợp theo mùakhác nhau như SEER, CSPF.
Một trong những phương pháp đó là phương pháp Degree-day. Phương pháp Degree-day xấp xỉ tích phân Qotheo nhiệt độ trung bình bằng Qo(tb):
35 max min 0 0(t ) t tb t Q dt Q (2.2)
Trong đó ttblà nhiệt độ trung bình mùa, tháng hoặc ngày. Và đương nhiên, tích phân theo thời gian của Qotb sẽ được xấp xỉ theo thời gian lấy nhiệt độ trung bình:
0 0 tb tb i i Q d Q (2.3)
Tuy nhiên với cách xấp xỉ ở những vùng có độ dao động nhiệt độ lớn nó thể hiện nhược điểm về độ chính xác. Người ta đã tìm cách khắc phục nhược điểm này bằng nhiều cách như lấy trung bình nhiệt độ theo giờ, dùng phân phối xác xuất thống kê. Hoàn toàn tương tự khi xác định tổng công suất điện tiêu thụ P và với mỗi cách lấy trung bình đó chúng ta sẽ có các chỉ số Degree-day hoặc Degree-hour.
Phương pháp Degree-day là một phương pháp đơn giản nhất để phân tích và ước tính lượng tiêu thụ năng lượng của một công trình với giả thiết có hệ số tổn thất nhiệt tổng bằng hằng số. Phương pháp này thống kê chênh lệch nhiệt độ trung bình ngày (hoặc tháng) so với một nhiệt độ cơ bản còn gọi là nhiệt độ cân bằng sau đó cộng tổng tất cả các ngày trong năm hoặc mùa) lại để đưa ra chỉ số degree-day
DD(tbal). Từ chỉ số này chúng ta có được tổng của tích thời gian và chênh lệch nhiệt
độ trong toàn mùa hoặc toàn năm. Từ đó có thể ước tính được lượng tiêu thụ năng lượng toàn năm với một công trình cụ thể đã được xây dựng, hoặc có thể dùng để đánh giá mức tiêu thụ của một công trình sẽ xây dựng từ đó đưa ra các phương án kỹ thuật hợp lý cho công trình đó.
Khi dùng chúng ta xấp xỉ nhiệt độ theo giá trị trung bình tháng của nhiệt độ ngoài trời để tính toán, chỉ số Degree-day cho sưởi ấm hoặc làm lạnh là tích số chênh lệch nhiệt độ trung bình ngày và nhiệt độ cân bằng với một ngày, nó được tính bằng công thức sau:
DDh(tbal) = (1d y)∑(tbal –to)+ (2.4) hoặc DDc(tbal) = (1d y)∑(to –tbal)+ (2.5) Dấu + thể hiện công thức trên chỉ lấy các giá trị dương của hiệu nhiệt độ.
36
a. Degree-day cho chế độ sƣởi ấm
Do nhiệt lượng tiêu thụ trong đơn vị thời gian được tính theo công thức: 0 tot h bal h K q t t (2.6)
Trong đó:ηh là hệ số hiệu quả năng lượng của hệ thống sưởi
Ktot–hệ số truyền nhiệt tổng qua kết cấu bao che của không gian được sưởi. Khi đó nhiệt sưởi toàn năm tính theo công thức:
, 0 tot h yr bal h K Q t t d (2.7) hay , tot h yr h bal h K Q DD t (2.8)
Thành phần nhiệt ẩn có thể tính toán một cách gần đúng bằng số liệu theo tháng trong mùa làm lạnh với các số liệu về độ ẩm trung bình và lượng không khí lọt, thông gió:
qlatent = m.hfg.(Wo – Wi) (2.9)
Trong đó:
qlatent là tải nhiệt ẩn theo tháng, kW
m là lưu lượng không khí lọt theo tháng, kg/s
hfg là nhiệt hóa hơi của nước, kJ/kg
Wo, Wi là độ ẩm trung bình theo tháng ngoài trời, trong nhà
Về hệ số hiệu quả theo mùa ηh, nó phụ thuộc vào các hệ số hiệu quả làm việc ở chế độ đầy tải và không đầy tải, kích thước công trình, hiệu quả chu trình, và thiết bị bảo ôn. Nó có thể nh hơn hoặc lớn hơn hệ số hiệu quả làm việc gián đoạn.
. 1 ss pl h D CF (2.10) Trong đó:
37
ηss là hiệu suất làm việc ở chế độ ổn định đầy tải
αD là hệ số nhiệt tổn thất trên đường ống
CFpl là hệ số hiệu chỉnh non tải
b. Degree-day cho chế độ làm lạnh
Đối với chế độ làm lạnh thì có phần phức tạp hơn vì còn phụ thuộc khá nhiều vào thói quen người dùng.Bởi vì vào mùa đông, người ta thường đóng cửa sổ và lượng không khí lọt gần như bằng hằng số thì vào mùa hè nhiệt thừa có thể được hạn chế và điều hòa có thể ngừng hoạt động mà thay vào đó là mở cửa sổ để thông gió.Điều hòa không khí chỉ cần thiết khi nhiệt độ vượt quá một giá trị mà người ta gọi là ngưỡng tmax. Chỉ số DD c ng được tính giống như vớitbalchỉ khác hệ số Ktot
được thay thế bằng hệ số Kmax phụ thuộc khá nhiều vào tốc độ gió:
tmax = ti – qgain/Kmax (2.11) Với các trường hợp thông thường, nhiệt tiêu thụ được tính tương tự trường hợp sưởi ấm: ,yr tot c c bal c K Q DD t (2.12)
Còn với trường hợp cửa sổ mở, lượng nhiệt tiêu thụ cần thiết được tính theo nhiệt độ tmax công thức :
max max max
tot c c bal c K Q DD t t t N (2.13) Trong đó:
DDc(tmax) là chỉ số tính theo nhiệt độ cơ bản tmax
Nmax là số ngày có nhiệt độ cao hơn ngưỡng tmax
Công thức này cho ta thấy có một sự sai khác về lượng nhiệt tiêu thụ phụ thuộc vào thói quen người dùng. Ở đó trong khoảng nhiệt độ từ nhiệt độ cân bằng tới mức nhiệt độ tmax, ĐHKK sẽ không hoạt động mà chỉ hoạt động khi nhiệt độ
38
tăng quá ngưỡng tmax mà người dùng cảm thấy khó chịu chỉ với thông gió đơn thuần. Sự sai khác này có thể được thể hiện một cách trực quan bằng đồ thị sau:
Hình 2.2 – Tải lạnh phụ thu c nhiệt đ ngoài trời[TL 12]
Đây chỉ đơn thuần là một mẫu đồ thị của một điều kiện không khí. Trong thực tế,nhiệt lượng tiêu thụ và lưu lượng dòng khí thông gió thay đổi phụ thuộc vào thói quen sử dụng cửa sổ hay ĐHKK của người trong phòng và tmaxcó thể dao động tùy vào người sử dụng. C ng như vậy với các tòa nhà thương mại trong chế độ tiết kiệm điện có thể tăng tốc độ quạt thông gió và có thể tắt khi không có người sử dụng trong các công trình công sở. Vì thế mà phương pháp Degree-hours đưa ra chỉ số chênh lệch nhiệt độ với cấp chính xác cao hơn vì phương pháp này xấp xỉ theo trung bình nhiệt độ theo từng giờ chứ không phải theo ngày hay tháng nữa. Nó thể hiện rõ ưu điểm trong các trường hợp làm việc theo chu kỳ của hệ thống xử lý không khí, nhưng với các trường hợp khác nhiệt độ ổn định hơn thì nó lại có nhược điểm là cần thu thập và xử lý một khối lượng dữ liệu lớn trùng lặp nhau và vẫn đưa ra kết quả không chênh lệch nhiều lắm so với chỉ số Degree-day.
Ngoài ra, trong rất nhiều trường hợp trong thực tế, việc ước tính tương đối Degree-day gặp nhiều khó khăn khi không có đầy đủ dữ liệu và phải dùng nhiệt độ cân bằng tùy chọn. Ý tưởng cơ sở để giải quyết vấn đề này là giả sử phân phối xác
39
suất thông thường của các số liệu về nhiệt độ được biểu thị bởi giá trị trung bình của nó và bằng độ lệch tiêu chuẩn σ. Với đầu vào là giá trị trung bình nhiệt độ mỗi tháng của năm, độ lệch tiêu chuẩn σm cho mỗi tháng được ước lượng bằng công thức sau:
σm = 3,54 – 0,029.̅ + 0,0644.σyr (2.14) Trong đó:
σyr là độ lệch tiêu chuẩn của nhiệt độ trung bình tháng của ̅̅̅̅̅̅ :
√
∑ ( ̅ ̅̅̅̅̅̅) (2.15)
Ngoài ra, để xác định Degree-day còn phải xác định nhiệt độ chuẩn ϕ: