Đối với các hệ thống có năng suất lạnh lớn, hay do quán tính nhiệt cao nên ảnh hưởng của nhiệt độ tới năng suất lạnh của hệ thống không nhanh như ĐHKK năng suất nhỏ. Vì những yếu tố nêu trên, nên đối với các máy ĐHKK giải nhiệt gió có năng suất lạnh lớn (PAC) và giải nhiệt nước chiller, ở Hoa Kỳ và một số nước như Trung Quốc, Châu Âu người ta dùng các chỉ số tích hợp dạng tổ hợp trọng số. Để đánh giá hiệu quả năng lượng của hệ thống hoạt động trong các điều kiện không đầy tải, dưới ảnh hưởng của thời tiết. Các chỉ số tích hợp dạng trọng số có biểu thức chung như sau: [2]
25 50
75
100 b EER c EER d EER
EER a
X (2.2a)
Trong đó: EER100 - Hệ số hiệu quả năng lượng ở 100% tải EER75 - Hệ số hiệu quả năng lượng ở 75% tải EER50 - Hệ số hiệu quả năng lượng ở 50% tải EER25 - Hệ số hiệu quả năng lượng ở 25% tải
a,b,c,d là các trọng số có ý nghĩa vật lý là tỉ số giữa tổng lượng lạnh tương ứng với chế độ chạy ở vùng toàn tải, chế độ chạy ở vùng 75% tải, chạy ở vùng 50% tải và chế độ chạy ở vùng 25% tải trên tổng toàn bộ lượng lạnh mà ĐHKK sản xuất ra trong toàn mùa chạy làm lạnh.
Tùy theo dạng ĐHKK là dạng sôi trực tiếp hay sử dụng môi chất lạnh trung gian là nước mà các chỉ số này khác nhau.
Ở Hoa Kỳ đối với các chiller giải nhiệt gió và giải nhiệt nước chỉ số đánh giá hiệu quả năng lượng được sử dụng là IPLV hoặc NPLV trong trường hợp chiller được thiết kế không chạy được ở các chế độ dùng để thử nghiệm xác định hệ số IPLV. Phạm vi áp dụng, phương pháp xác định hệ số IPLV/NPLV được quy định bởi Tiêu chuẩn AHRI 550/590:2011[19] của Hoa Kỳ.
31
IPLV= 0,1.EER100+0,42.EER75+0,45.EER50+0,12.EER25, (2.2b) Hoặc trong một số trường hợp IPLV được tính theo lượng điện tiêu thụ trên đơn vị năng suất lạnh (PIC) kW/tonR [3].
25 50 75 100 PIC 12 0 PIC 45 0 PIC 42 0 PIC 01 0 1 IPLV , , , , (2.2c)
` Đối với máy ĐHKK sử dụng môi chất sôi trực tiếp giải nhiệt nước và máy ĐHHKK giải nhiệt gió có năng suất lạnh lớn hơn 19kW người ta dùng chỉ số tích hợp IEER hay trong một số tài liệu còn gọi là ICOPR (Intergated Coefficient of Performance). Về bản chất hệ số này giống như hệ số IPLV chỉ khác nhau ở trọng số và phương pháp thí nghiệm xác định hệ số EER ở các trạng thái 100%, 75%, 50% và 25% tải. Ở Hoa Kỳ theo tiêu chuẩn AHRI 210/240: 2011 chỉ số này được áp dụng cho ĐHKK giải nhiệt nước với năng suất lạnh định mức không vượt quá 19kW. Theo tiêu chuẩn AHRI 340/360:2012 chỉ số IEER được áp dụng cho tất cả các hệ thống ĐHKK giải nhiệt gió có năng suất lạnh định mức lớn hơn 19kW.
IEER= 0,2.EER100+0,617.EER75+0,238.EER50+0,125.EER25 (2.2d) Có thể thấy các chỉ số tích hợp dạng trọng số được tính toán theo công thức (2.2) có thể tính toán dễ dàng hơn nhiều so với các chỉ số dạng toàn mùa CSPF. Tuy nhiên nhược điểm chính của các chỉ số dạng tích hợp (IPLV/IEER) là không có sự liên hệ trực tiếp với điện năng tiêu thụ của thiết bị trong toàn mùa hoạt động, mặc dù có thể dùng để đánh giá hiệu suất năng lượng của thiết bị. Do đó nếu muốn ước lượng điện năng tiêu thụ của các thiết bị này cần phải sử dụng phương pháp bin- nhiệt độ và đặc tính năng suất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ ngoài trời, hoặc nhiệt độ nước giải nhiệt của dàn ngưng (hay nhiệt độ bầu ướt của nhiệt độ ngoài trời). Điều này dẫn tới sự bất tiện khi sử dụng các chỉ số IEER/IPLV. Vì thế một số quốc gia tham gia tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế ISO đang đề xuất áp dụng chỉ số CSPF cho tất cả các ĐHKK giải nhiệt gió thay cho chỉ số IEER. Hiện nay Nhật Bản đã áp dụng chỉ số này cho các máy VRF với năng suất lạnh tới 28 kW và đang xem xét mở rộng giới hạn này (liên quan tới việc trang bị lại phòng thử nghiệm JARL). Hàn
32
Quốc cũng đang xem xét áp dụng chỉ số CSPF và tiêu chuẩn thử nghiệm ISO 15042:2011 cho các máy VRF ( tiêu chuẩn KS C9360).
Sau đây bảng 2.1 sẽ hệ thống hóa các chỉ số dùng để đánh giá đặc tính năng lượng cho các loại ĐHKK khác nhau.
34
TT Tên gọi Ký hiệu Đơn vị
SI Ghi chú Tiêu chuẩn thử nghiệm
Các chỉ số sơ bản 1 1 Hệ số lạnh (mùa hè) COP/EER kW/kW Áp dụng cho tất cả các loại ĐHKK. xác định ở 100% tải;
Điều kiện thử Tiêu chuẩn T1.
-TCVN 6756:2013- ISO 5151:2010 - ĐHKK / bơm nhiệt không ống gió (và các tiêu chuẩn tương đương của các nước)
- ISO 13253:2011- ĐHKK/ bơm nhiệt có ống gió
-ISO 15042:2011 - ĐHKK/ bơm nhiệt đa cụm 3 2 Chỉ số tiêu thụ điện năng/ 1 đơn vị năng suất lạnh
PIC kW/kW Power Input per Capacity
PIC = 1/COP - Các chỉ số tích hợp 4 3 Hệ số lạnh/nhiệt theo mùa/ cả năm CSPF/HSPF /APF kW/kW
Áp dụng cho các loại ĐHKK giải nhiệt gió; Đối với hệ số CSPF thử ở điểm 100% tải và điểm 50% tải ở điều kiện T1 dùng cho máy biến tần;
Châu Âu, Hàn Quốc, Úc đang xem xét chuyển sang
TCVN 7831: 2013/ ISO 16358- 1,2,3:2013/JIB8616:2006/KS
35
TT Tên gọi Ký hiệu Đơn vị
SI Ghi chú Tiêu chuẩn thử nghiệm
5 4
Hệ số lạnh
toàn mùa SEER kW/kW
Áp dụng cho các loại ĐHKK giải nhiệt gió có Qo 19 kW ở Hoa Kỳ;
Bản chất tương tự hệ số CSPF, tuy nhiên phức tạp hơn cần thử nghiệm ở 4 điểm. Trung Quốc và Châu Âu hiện dùng hệ số này với các ĐHKK có Qo 14 kW AHRI 210/240:2011 6 5 Hệ số chạy non tải tích hợp IEER kW/kW
Áp dụng cho các loại ĐHKK giải nhiệt gió có Qo19 kW ở Hoa Kỳ;
ĐHKK giải nhiệt nước có Qo 19 kW ở Hoa Kỳ;
Dùng cho VRF có Qo23 kW ở Hàn Quốc; Một số nước châu Âu áp dụng chỉ số này. Cần thiết đo ở 4 điểm 100% tải, 75% tải,50% tải và 25% tải. Các nước khác nhau có phương pháp xác định tải khác nhau.
AHRI 210/240:2011 AHRI 340/360:2012 AHRI 1230:2011 7 6 Hệ số chạy non tải tích hợp (theo COP) IPLV (NPLV) kW/kW
Áp dụng cho các loại chiller giải nhiệt gió
và giải nhiệt nước ở Hoa Kỳ; AHRI 550/590:2011
36
Từ bảng 2.1 các chỉ số ở dòng 1,2 dùng để thử nghiệm, đánh giá đặc tính của thiết bị tại điểm định mức (toàn tải) và một số điểm vận hành đặc trưng với điều kiện khí hậu trong/ngoài xác định ở điều kiện nhiệt độ T1;
Các chỉ số ở dòng 4,5,6 là các hệ số tích hợp cho phép xác định hiệu quả năng lượng của thiết bị trong toàn bộ thời gian hoạt động có tính đến yếu tố đặc điểm khí hậu. Để tính các chỉ số dòng 4,5,6 cần phải sử dụng kết quả đo theo hệ số ở dòng 1,2,3.
2.3. Đánh giá tiêu thụ năng lƣợng cho máy ĐHKK gia dụng (RAC) và VRV/ VRF
Hiện nay để đánh giá tiêu thụ năng lượng cho máy ĐHKK gia dụng loại RAC và VRV/VRF người ta thường đánh giá theo hệ số CSPF bởi đánh giá theo hệ số CSPF sẽ phản ánh được đầy đủ các chế độ hoạt động của thiết bị. Hệ số CSPF được đo bằng tỷ số giữa tổng lượng nhiệt lấy đi trong toàn mùa làm lạnh và tổng tiêu thụ năng lượng cho mùa làm lạnh có thứ nguyên W/W. Ưu điểm chính của chỉ số hiệu quả lạnh toàn mùa CSPF là thể hiện đầy đủ ý nghĩa vật lý, cho phép liên hệ giữa lượng lạnh cần thiết phải sản xuất ra trong toàn bộ thời gian mùa chạy ĐHKK (mùa làm lạnh) và năng lượng tiêu thụ tương ứng. Tuy nhiên nhược điểm của chỉ số này là phương pháp tính khá phức tạp, đòi hỏi phải có kiến thức nhất định về ĐHKK và đặc tính năng lượng của loại thiết bị này cũng như số liệu thời tiết của khu vực. Hơn nữa năng suất lạnh của ĐHKK chỉ tỉ lệ với nhiệt độ ngoài trời đối với các ĐHKK giải nhiệt gió. Do đó các chỉ số này phù hợp cho tính toán tiêu thụ năng lượng với ĐHKK giải nhiệt gió.
2.3.1 Cơ sở lý thuyết xác định chỉ số lạnh hiệu quả toàn mùa CSPF
Hệ số hiệu quả làm lạnh toàn mùa CSPF/FCSP: Tỷ số giữa tổng lượng nhiệt hàng năm mà thiết bị có thể lấy khỏi không khí trong phòng khi vận hành ở chế độ hoạt động làm mát với tổng lượng điện hàng năm mà thiết bị tiêu thụ ở cùng chế độ đó được tính theo công thức sau: [24], [6]
(2.3)
37
FCSP - hệ số hiệu quả làm lạnh toàn mùa (CSPF) LCST - tổng tải lạnh toàn mùa, kW (CSTL)
CCSE - tổng điện năng tiêu thụ toàn mùa, kW (CSEC)
Tiêu thụ năng lượng ở chế độ làm lạnh toàn mùa của ĐHKK sẽ được xác định thông qua tải lạnh của tòa nhà và giá trị này thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ ngoài trời. Chế độ không tải (0%) Chế độ toàn tải (100 %) Tải lạnh (W) 0 ful (t100) Nhiệt độ (0 C) t0 t100
Trong đó t100 là nhiệt độ ngoài trời ứng với 100 % tải và t0 là nhiệt độ ngoài trời ứng với 0 % tải.
Các giá trị tham chiếu của tải lạnh như sau:
t0 = 20 oC t100 = 35 oC
Tải lạnh xác định LC(tj) ở nhiệt độ ngoài trời tj, dùng để tính toán năng lượng tiêu thụ ở chế độ làm lạnh toàn mùa, phải được xác định bằng công thức [5]:
, 35 ) 35 ( ) ( 0 0 t t t t LC j f j (2.4)
Trong đó: - LC(tj) phụ tải nhiệt của tòa nhà phụ thuộc vào nhiệt độ ngoài trời tj -Φf (35) năng suất lạnh toàn tải của ĐHKK ở 350C làm việc ở chế độ toàn tải
2.3.2. Đánh giá tiêu thụ năng lƣợng cho ĐHKK gia dụng (RAC) bằng hệ số CSPF
2.3.2.1 Đánh giá cho ĐHKK gia dụng có năng suất lạnh cố định 2.3.2.1.1. Xác định năng suất lạnh theo nhiệt độ ngoài trời 2.3.2.1.1. Xác định năng suất lạnh theo nhiệt độ ngoài trời
Năng suất lạnh ful(tj) (W) của thiết bị khi thiết bị làm việc ở chế độ làm lạnh và ở nhiệt độ ngoài trời tj thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ ngoài trời như thể hiện trên hình 2.5 và công thức 2.5 từ hai đường đặc tính 350C và ở 290C.
38
Hình 2.5 Năng suất lạnh, công suất điện tiêu thụ và tải lạnh đối với thiết bị có năng suất lạnh cố định [22],
Chú dẫn: 1, Nhiệt độ ngoài trời; 2 - Năng suất lạnh hoặc tải lạnh; 3 - Công suất điện tiêu thụ
(2.5)
2.3.2.1.2. Xác định công suất điện tiêu thụ theo nhiệt độ ngoài trời
Công suất điện tiêu thụ Pful(tj) (W) của thiết bị khi thiết bị làm việc ở chế độ làm lạnh và ở nhiệt độ ngoài trời tj thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ ngoài trời như thể hiện trên hình 2.5 và được xác định bằng công thức (2.6) từ hai đường đặc tính, ở 35 o
C và ở 29 o C. [22]
(2.6)
39
Tổng tải lạnh toàn mùa (CSTL), LCST được xác định bằng công thức (2.7) bằng cách lấy tổng tải lạnh ở từng nhiệt độ ngoài trời tj nhân với thời gian thiết bị hoạt động ở từng nhiệt độ đó nj.[1]
(2.7)
a) Khi Lc(tj) ful(tj) (j=1 đến m)
Lc(tj) phải được tính bằng công thức (2.4)
b) Khi Lc(tj) >ful(tj) (j=m+1 đến n) ful (tj) phải được tính bằng công thức (2.5).
2.3.2.1.4. Tính năng lƣợng tiêu thụ ở chế độ làm lạnh toàn mùa (CSEC)
Năng lượng tiêu thụ ở chế độ làm lạnh toàn mùa (CSEC), CCSE, được xác định bằng công thức (2.8) từ tổng năng lượng tiêu thụ ở chế độ làm lạnh ứng với từng nhiệt độ ngoài trời tj.[24]
(2.8)
Hệ số làm việc X(tj) phải được tính bằng công thức (3.7).
(2.9)
Trong trường hợp LC(tj) >(tj), lấy X(tj) = 1.
Hệ số non tải FPL(tj) gây ra bởi thiết bị khi làm việc theo chu kỳ ở nhiệt độ ngoài trời tj được xác định theo công thức (2.10) sử dụng hệ số suy giảm CD.
FPL(tj) = 1 – CD (1 – X(tj)) (2.10)
a) Làm việc chu kỳ (LC(tj) ful(tj))
Trong công thức (2.8), phải được tính từ ful(tj) theo công thức (2.9). Trong công thức (2.9), (tj) = ful(tj)
b) Làm việc ở năng suất lạnh đầy tải (LC(tj) >ful(tj)) Trong công thức (2.8), = FPL(tj) = 1.
40
2.3.2.2 Đánh giá cho ĐHKK gia dụng có hai cấp năng suất lạnh 2.3.2.2.1. Xác định năng suất lạnh theo nhiệt độ ngoài trời
Năng suất lạnh (W) của thiết bị khi làm việc ở năng suất lạnh đầy tải ở nhiệt độ ngoài trời tj phải tính theo công thức (2.5).
Năng suất lạnh (W) của thiết bị khi làm việc ở năng suất lạnh tải nhỏ nhất ở nhiệt độ ngoài trời tj phải tính theo công thức (2.11).
(2.11)
2.3.2.2.2. Xác định công suất điện tiêu thụ theo nhiệt độ ngoài trời
Công suất điện tiêu thụ (W) của thiết bị khi làm việc ở năng suất lạnh đầy tải ở nhiệt độ ngoài trời tj phải tính theo công thức (2.6).
Công suất điện tiêu thụ (W) của thiết bị khi làm việc ở năng suất lạnh tải nhỏ nhất ở nhiệt độ ngoài trời tj phải tính theo công thức (2.12).
(2.12)
2.3.2.2.3. Tính tổng tải lạnh toàn mùa (CSTL)
Được xác định theo công thức (2.7)
2.3.2.2.4. Tính năng lƣợng tiêu thụ toàn mùa ở chế độ làm lạnh (CSEC)
Năng lượng tiêu thụ (CSEC), CCSE, phải tính theo công thức (2.13). (2.13)
Mối quan hệ giữa đặc tính năng suất lạnh và đặc tính công suất điện tiêu thụ với tải lạnh ở nhiệt độ ngoài trời tj phải như thể hiện trên hình 2.6 sau:[24]
41
Chú dẫn: 1, Nhiệt độ ngoài trời; 2 - Năng suất lạnh hoặc tải lạnh; 3 - Công suất điện tiêu thụ
a) Làm việc chu kỳ cấp thứ nhất
Trong công thức (2.13), phải được tính từ theo công thức (2.9). Trong công thức (2.9), (tj) = min(tj)
b) Làm việc chu kỳ cấp thứ hai
(2.14)
(2.15)
c) Làm việc với năng suất lạnh đầy tải
phải được tính theo công thức (2.6).
42
2.3.2.3.1. Xác định năng suất lạnh theo nhiệt độ ngoài trời
Năng suất lạnh và (W) của thiết bị khi làm việc ở nhiệt độ ngoài trời tj được thể hiện như trên hình 2.7 và được xác định bởi công thức (2.5) và (2.11). [24]
Chú dẫn: 1,Nhiệt độ ngoài trời; 2 - Năng suất lạnh hoặc tải lạnh; 3 - Công suất điện tiêu thụ
Công thức (2.16) thể hiện đặc tính năng suất lạnh nửa tải ở nhiệt độ ngoài trời tj.
(2.16)
2.3.2.3.2. Xác định công suất điện tiêu thụ theo nhiệt độ ngoài trời
Công suất điện tiêu thụ và (W) của thiết bị khi làm việc ở nhiệt độ ngoài trời tj phải được tính từ công thức (2.6) và công thức (2.12).
Công thức (2.17) thể hiện đặc tính công suất điện tiêu thụ ở chế độ làm lạnh nửa tải ở nhiệt độ ngoài trời tj.
43
2.3.2.3.3. Tính tổng tải lạnh toàn mùa (CSTL)
Tính theo công thức (2.7)
2.3.2.3.4. Tính năng lƣợng tiêu thụ ở chế độ làm lạnh toàn mùa (CSEC)
Khi có sẵn dữ liệu về năng suất lạnh thấp nhất thì năng lượng tiêu thụ ở chế độ làm lạnh toàn mùa (CSEC), CCSE, được tính theo công thức (2.18). [24]
(2.18)
a) Làm việc chu kỳ cấp thứ nhất
Trong công thức (2.18), phải được tính từ theo công thức (2.9). Trong công thức (2.9), (tj) = min(tj)
b) Làm việc chu kỳ cấp thứ hai
(2.19) (2.20) c) Làm việc chu kỳ cấp thứ ba (2.21) (2.22)
d) Làm việc với năng suất lạnh đầy tải
44
Khi không có sẵn dữ liệu về năng suất lạnh tải nhỏ nhất thì năng lượng tiêu thụ ở chế độ làm lạnh toàn mùa (CSEC), CCSE, được tính theo công thức (2.23).
(2.23)
a) Làm việc chu kỳ cấp thứ nhất
Trong công thức (2.23), phải được tính từ theo công thức (2.9). Trong công thức (2.9), (tj) = haf(tj)
b) Làm việc chu kỳ cấp thứ hai
Trong công thức (2.23), và phải được tính theo công thức (2.21) và (2.22).
c) Làm việc với năng suất lạnh đầy tải
phải được tính theo công thức (2.6).
2.3.3. Đánh giá tiêu thụ năng lƣợng cho ĐHKK VRV/VRF bằng hệ số CSPF
Điều hòa không khí VRV/VRF là những máy ĐHKK có năng suất lạnh vô cấp, vì vậy đánh giá tiêu thụ năng lượng giống như của ĐHKK gia dụng.
2.3.3.1. Xác định năng suất lạnh theo nhiệt độ ngoài trời
Năng suất lạnh , và (W) của thiết bị khi thiết bị làm việc ở chế độ làm lạnh và ở nhiệt độ ngoài trời tj được thể hiện trên hình 2.8 và được xác định bằng công thức (2.5), (2.11) và (2.19). [24]