a. Máy làm lạnh trung tâm
Bao gồm hai loại Chiller trong hệ thống là Water Chiller và Glycol Chiller. Tùy phương pháp và tùy công nghệ mà trong hệ thống được bố trí các loại Chiller khác nhau như chỉ Water Chiller, Glycol Chiller hay cả hai loại này trong một hệ thống để miễn sao chúng được làm việc hợp lý và tốt nhất là được.
Hệ thống Water Chiller: Thường ứng dụng cho hệ thống công nghệ tích tích trữ lạnh dùng nước, và một số hệ thống công nghệ tích trữ lạnh dùng băng dạng tĩnh, dạng động…
Hệ thống Glycol Chiller: Thường ứng dụng cho hệ thống công nghệ tích trữ lạnh dùng băng dạng bột băng, dạng tĩnh, dạng nỗi.
Hệ thống kết hợp bởi Water Chiller và Glycol Chiller: Với sự kết hợp như thế này thì đa số đều sử dụng được cho các hệ thống công nghệ tích trữ kể trên. Nhưng tỷ lệ hoạt động, ưu tiên hoạt động của các loại Chiller còn phụ thuộc vào công nghệ và phương pháp tích trữ của hệ thống phụ tải.
b. Bơm
Với một hệ thống trữ băng lớn thì cơ hội để tối ưu hóa năng lượng bơm là thường hợp lý. Nó được hình thành bởi ba loại bơm riêng biệt, mỗi bơm có một nhiệm vụ riêng.
Bơm Chiller: Bơm có thể tích không đổi, cung cấp tốc độ dòng của hệ thống, nhưng một mình nó thì không thể thắng được cột áp của hệ thống.
Bơm cấp tải (Load pump): Bơm chất tải lạnh đi vào dàn lạnh (AHU, FCU), là bơm có thể tích thay đổi.
Bơm nước đá (Ice pump): Đây là bơm có thể tích thay đổi. Thay đổi lượng nước lạnh tuần hoàn trong hệ thống trữ băng.
c. Bình tích trữ
Có thể chứa những quả cầu trữ lạnh, nước và chúng được làm lạnh nhờ chất tải lạnh. Chất tải lạnh có thể là hỗn hợp nước, Etylence Glycol hay nước - Propylence Glycol.
• Bồn tích trữ băng dạng chứa các quả cầu băng (Nodule – STL).
Chế tạo bằng thép đen với áp suất thử bền từ 4,5 đến 10bar. Đặt nằm, đặt đứng hoặc có thể được chôn dưới đất.
Với mỗi loại bình chứa thì có kích thước, thể tích, lượng chất tải lạnh khác nhau.
Hình 2.16. Bình chứa kiểu nằm ngang của Cristopia
• Bồn tích trữ băng dạng chứa các ống thép (hoặc ống đồng chịu lực).
Bồn tích trữ lạnh dạng chứa các ống thép này hiện chưa phổ biến ở Việt Nam cũng như tại một số các nước khác. Nhưng ở Đài Loan thì bồn tích trữ lạnh loại này lại rất phổ biến, loại bồn này ứng dụng trong hệ thống tích trữ lạnh dạng: băng tan bên ngoài ống, bên trong ống.
Hình 2.17. Bồn tích trữ lạnh bằng ống thép hoặc ống đồng chịu lực 2.2.4. Vận hành chiller để điều chỉnh công suất trữ lạnh
Hệ thống tích trữ lạnh được vận hành thành 02 giai đoạn:
*Giai đoạn thứ nhất: là giai đoạn nạp tải vào trong hệ thống tích trữ lạnh: Hệ thống gồm 02 vòng tuần hoàn tương đương: Vòng tuần hoàn thứ nhất nối với chiller với hệ thống tích trữ lạnh, vòng thứ 2 nối chiller với hộ tiêu thụ lạnh.
Hai vòng này đặt song song với nhau trong hệ thống. Ở trường hợp thứ nhất khi hộ tiêu thụ lạnh ít tải (ví dụ ban đêm), ứng với chiller hoạt động hết công suất, một phần tác nhân lạnh trung gian sẽ đi vào hệ thống tích trữ lạnh. Tại đây, hệ thống tích trữ lạnh sẽ hấp thụ năng lượng lạnh này.
*Giai đoạn thứ hai: là giai đoạn xả tải từ hệ thống tích trữ lạnh:
Trường hợp này khi tải của hộ tiêu thụ lạnh lớn hơn tải của máy nén cần thiết khi hoạt động hết công suất, hệ thống tích trữ lạnh sẽ được xả tải thông qua tác nhân lạnh trung gian trong hệ thống để bù vào tải của chiller để đáp ứng đầy đủ tải lạnh cho hộ tiêu thụ.
Trường hợp này cũng được sử dụng để ngưng vận hành máy lạnh vào giờ cao điểm, khi đó tải lạnh của hộ tiêu thụ sẽ được cung cấp từ hệ thống tích trữ lạnh, nhờ đó chi phí điện cho hệ thống lạnh sẽ được giảm đáng kể.
Tích trữ 1 phần
Là phương pháp vận hành hệ thống chiller để tích trữ lạnh trong suốt giờ thấp điểm, vào giờ cao điểm máy lạnh cung cấp một phần tải lạnh cho hệ thống, phần còn lại do bồn tích trữ lạnh cung cấp. Vì vậy máy lạnh phải hoạt động liên tục để vừa cung cấp lạnh đáp ứng phụ tải vừa tích trữ lạnh.
Hình 2.18. Chế độ nạp tải của tích trữ một phần
Đối với tích trữ toàn phần
Là phương pháp vận hành hệ thống chiller để tích trữ mà vào giờ cao điểm, máy lạnh hoàn toàn không hoạt động vì toàn bộ tải lạnh vào giờ cao điểm đã được cấp bằng lượng lạnh được tích trữ trong hệ thống vào giờ thấp điểm. Máy lạnh water chiller ngưng hoạt động trong giờ cao điểm sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
Hình 2.20. Chế độ nạp tải của tích trữ toàn phần
Hình 2.22. Sơ đồ phụ tải giờ cao điểm với tích trữ một phần
Hình 2.23. Sơ đồ phụ tải tạo băng ở giờ cao điểm với tích trữ toàn phần
Hệ thống ĐHKK có sử dụng công nghệ trữ lạnh dạng quả cầu băng tuy có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với hệ thống ĐHKK không sử dụng nhưng do công suất yêu cầu của thiết bị giảm nên chi phí vận hành giảm đi rất nhiều và theo thiết kế trên chỉ trong vòng 3,5 năm nhà đầu tư có thể thu hồi vốn.
Lợi ích kinh tế:
Giảm công suất lắp đặt máy lạnh (từ 30% - 70%), giảm số lượng tác nhân có hại cho môi trường vì máy làm việc ít hơn.
Giảm chi phí vận hành cho hệ thống.
Giảm lượng gaz (lạnh) tiêu thụ.
Giảm công suất tháp giải nhiệt.
Giúp cân bằng phụ tải cho lưới điện quốc gia.
Sử dụng bình trữ lạnh giảm đựơc kích thước chiller giảm kích thước phòng máy, do đó lượng tác nhân lạnh giảm xuống, và giảm được rò rỉ của nó ra ngoài môi trường.
Tăng hiệu suất của toàn bộ hệ thống.
Vì vậy, việc ứng dụng công nghệ trữ lạnh dung quả cầu băng vào hệ thống ĐHKK của trung tâm là rất khả thi.
Tuy nhiên, khi thiết kế cần phải chú ý đến việc lựa chọn công suất bình trữ lạnh sao cho phù hợp với tổng phụ tải lạnh của hệ thống. Vì nếu công suất bình trữ lạnh quá thấp so với tổng phụ tải lạnh của hệ thống ĐHKK thì chi phí vận hành tiết kiệm sẽ thấp, còn nếu công suất bình trữ lạnh lớn quá sẽ kéo chi phí đầu tư lên quá cao.
2.3. Lựa chọn phương án thiết kế cho công trình
Tòa nhà được xây dựng tại Nha Trang, nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa ẩm, vì vậy việc xây dựng hệ thống điều hòa không khí ở đây là hoàn toàn cần thiết và đòi hỏi cao về kỹ thuật. Hầu hết diện tích của tòa nhà được xây dựng làm căn hộ khách sạn cao cấp nên hệ thống điều hòa không khí ở đây cần đáp ứng điều kiện tiện nghi, thỏa mãn nhu cầu vi khí hậu đồng thời không ảnh hưởng tới kết cấu xây dựng, trang trí nội thất trong tòa nhà, cũng như cảnh quan kiến trúc bên ngoài tòa nhà…
2.3.1. Yêu cầu thiết kế của công trình
Là một công trình hiện đại tiêu chuẩn 5 sao với các yêu cầu cao về điều kiện vi khí hậu. Hệ thống điều hoà cần đạt được các mục tiêu sau:
Tạo ra môi trường vi khí hậu với các thông số nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, và độ trong sạch của không khí được kiểm soát và điều chỉnh theo điều kiện tiện nghi của con người.
Tạo ra các vùng không khí đệm thích hợp ở sảnh, hành lang để tránh sự thay đổi nhiệt độ quá lớn cho người làm việc, hoạt động trong toà nhà.
Tổ chức thông thoáng, hút thải không khí từ các khu vệ sinh, và các khu vực cần thiết ra khỏi công trình.
Hệ thống thông gió và điều hòa không khí được thiết kế lắp đặt không ảnh hưởng tới kiến trúc công trình. Làm tăng vẻ đẹp nội thất, độ ồn do hệ thống gây ra ở mức độ cho phép không ảnh hưởng tới các khu vực trong và ngoài công trình.
Thiết bị lựa chọn cho hệ thống phải đảm bảo tính hiện đại, làm việc tin cậy, vận hành đơn giản và thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sửa chữa.
Hệ thống có khả năng phục vụ độc lập theo yêu cầu sử dụng cho từng khu vực. Công suất của hệ thống được tự động điều chỉnh theo tải nhiệt thực tế của toà nhà tại từng thời điểm để nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống và giảm chi phí vận hành.
Hệ thống được thiết kế tuân theo các tiêu chuẩn và quy phạm về an toàn phòng chống cháy, không tạo ra các nguồn nhiệt có nhiệt độ cao, và không sử dụng các loại vật liệu dễ gây cháy nổ.
Cầu thang bộ được sử dụng làm lối thoát nạn khi xảy ra cháy, do đó cần phải được thiết kế theo đúng các tiêu chuẩn quy định đối với nhà cao tầng. Ngoài ra phải thiết kế hệ thống thông gió điều áp và không bị tụ khói ở buồng thang.
Để khói từ các tầng không lan vào buồng thang thì trong buồng thang phải đảm bảo áp suất dư của không khí là 2 kg/cm2 khi có một cửa mở.
Có định hướng và giải pháp tổng thể khả thi về kỹ thuật làm cơ sở cho việc thiết kế chi tiết.
Cần tính toán giữa chi phí đầu tư và chi phí vận hành sao cho đưa ra được giải pháp hiệu quả nhất.
2.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế
Qua việc khảo sát kỹ lưỡng về quy mô và kết cấu tòa nhà. Ta nhận thấy công trình với quy mô rộng và có kiến trúc phức tạp cũng như yêu cầu thiết kế nghiêm ngặt về chế độ nhiệt độ, độ ẩm cho các văn phòng phòng làm việc. Vì vậy các loại máy lạnh có công suất nhỏ không thể đáp ứng được nhu cầu điều hòa không khí của tòa nhà mà cần sử dụng các loại hệ thống điều hòa trung tâm.
Ta nhận thấy công trình Nha Trang Plaza Hotel là công trình cấp 5 sao nên các điều kiện về vi khí hậu, độ an toàn độc hại phải đặt lên hàng đầu, mà hệ thống VRV sử dụng gas làm môi chất nên có nguy cơ dò rỉ gây độc hại cho con người. Hệ thống Water Chiller do sử dụng nước làm môi chất nên có thể đáp ứng tốt các yêu cầu khắt khe về vi khí hậu cũng như không độc hại.
Hệ thống VRV có giới hạn chênh lệch độ cao lắp đặt giữa giàn nóng và dàn lạnh xa nhất, nên nếu sử dụng hệ thống VRV cho công trình chúng ta phải cần thêm không gian kỹ thuật để lắp đặt thiết bị, ngoài ra còn có thể ảnh hưởng tới thẩm mỹ bên ngoài của công trình. Công trình với chiều cao 129 m thì đó thì hệ thống VRV khó đáp ứng được còn đối với hệ thống Water Chiller thì hoàn toàn đáp ứng với mọi chiều cao, năng suất lạnh gần như không bị hạn chế.
So với VRV thì hệ thống Water Chiller có vòng tuần hoàn môi chất đơn giản hơn nhiều nên rất dễ kiểm soát.
Sau khi phân tích và so sánh ưu nhược điểm của hệ thống VRV và Water Chiller ta nhận thấy hệ thống trung tâm nước phù hợp với các yêu cầu thiết kế của công trình nên em chọn phương án thiết kế cho công trình khách sạn Nha Trang Plaza là hệ thống trung tâm nước giải nhiệt bằng nước sử dụng hệ thống biến tần dùng điều khiền tốc độ máy chiller, bơm, quạt và áp dụng công nghệ tích trữ lạnh dạng quả cầu băng nhằm giảm chi phí điện, mang lại hiệu quả kinh tế cao và thân thiện với môi trường.
2.3.3. Chọn cấp điều hòa
Khi thiết kế hệ thống điều hòa không khí ta phải tiến hành lựa chọn cấp điều hòa không khí. Cấp điều hòa không khí thể hiện chính xác của trạng thái không khí
cần điều hòa (nhiệt độ, độ ẩm…). Tuỳ theo mức độ quan trọng của công trình điều hòa được chia ra làm 3 cấp như sau:
- Hệ thống điều hòa cấp 1 duy trì được các thông số trong nhà ở mọi phạm vi biến thiên nhiệt ẩm ngoài trời. Cấp điều hòa này cho độ tin cậy cao nhất nhưng đắt tiền.
- Hệ thống điều hòa không khí cấp 2 duy trì các thông số trong nhà ở một phạm vi cho phép với độ sai lệch không quá 200h một năm khi có biến thiên nhiệt độ ngoài trời cực đại hoặc cực tiểu.
- Hệ thống điều hòa không khí cấp 3 duy trì được các thông số trong không gian điều hòa ở một phạm vi cho phép với độ sai lệch không quá 400h một năm. Hệ thống điều hòa cấp 3 duy trì các thông số trong nhà trong một phạm vi tương đối rộng, độ tin cậy không cao nhưng có ưu điểm là rẻ tiền, chi phí đầu tư ban đầu thấp nên được dùng phổ biến.
- Đối với công trình khách sạn Nha Trang Plaza được xây dựng với mục đích kinh doanh khách sạn, giải trí, nhà hàng, quán bar, phục vụ các cuộc họp hội thảo lớn và nhiều mục đích khác theo tiêu chuẩn 5 sao. Vì vậy ta chọn điều hòa không khí cấp 3 cho công trình.
2.3.4. Chọn thống số thiết kế a. Thống số thiết kế trong nhà a. Thống số thiết kế trong nhà * Nhiệt độ và độ ẩm tiện nghi
Theo TCVN mới ta chọn nhiệt độ và độ ẩm tiện nghi cho công trình theo bảng 1.1 [1,9] như sau :
• Nhiệt độ trong nhà : tT = 25 0C
• Độ ẩm tương đối trong nhà : φT = 65 %
Từ các thông số trên, dựa vào đồ thị I-d của không khí ẩm ta tìm được các thông số còn lại:
• Entapi: IT = 58 kj/kg
*Thông số tính toán cho hành lang
Đối với các hành lang để tránh sự chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa các vùng gây ra sốc nhiệt với con người. Vì vậy ta dùng không gian giữa các hành lang này làm không gian đệm. tại các vùng này ta chọn các thông số nhiệt độ và độ ẩm như sau:
• Mùa hè: Thl =(28±2)oC,ϕhl =65±5%
• Chọn thông số tính toán là: 28o , 65%
hl hl
T = C φ =
Từ các thông số này dựa vào đồ thị i-d của không khí ẩm ta có các thông số còn lại: • Entapy Ihl = 65 kj/kg
• Độ chứa hơi: dhl = 15,6 g/kg kk
Bảng 2.4: Thông số tính toán trong nhà
Thông số Không gian Nhiệt độ
0C Độ ẩm % Entanpi kJ/kg Độ chứa hơi g/kg Trong nhà 25 65 58 13 Hành lang 28 65 70 15,8
* Gió tươi và hệ số thay đổi không khí
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687 – 1992, lượng gió tươi cho một người một giờ đối với phần lớn các công trình là 20 m3/h. Tuy nhiên lượng gió tươi không được thấp hơn 10% lượng gió tuần hoàn. Như vậy việc chọn gió tươi phải đáp ứng được 2 điều kiện sau: Đạt tối thiểu 20 m3/h.người và đạt tối thiểu 10% lưu lượng gió tuần hoàn (Phương pháp Carrier không yêu cầu điều kiện này).
Lao động nhẹ nên cần ít O2 hơn nên chọn là 27 m3/h.người (7,5 l/s).
* Độ ồn cho phép
Độ ồn cho phép của bộ xây dựng, tiêu chuẩn về tiếng ồn TCVN 175 – 90 quy định về mức ồn cho phép, theo bảng 1.5[1,19] ta có:
● Văn phòng: 30 – 35 dB ● Phòng hội thảo: 30 – 35 dB
● Phòng đọc: 25 – 30 dB
● Khu vực công cộng: 35 – 40 dB ● Khu khách sạn: 25 – 30 dB
* Tốc độ không khí
Tốc độ gió thích hợp tuỳ thuộc vào yếu tố: nhiệt độ gió, cường độ lao động, độ ẩm...Thông thường tốc độ gió tiện nghi khoảng 0,07 ÷ 0,21 m/s.