Xem mẫu

  1. CƠ SỞ VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG THÔNG GIÓ VÀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TS. VŨ VĂN ĐẠI KS. NGUYỄN LÊ MINH CÔNG KS. ĐOÀN VĂN ĐỘNG Viện KHCN Xây dựng 1. Mở đầu N hu c ầ u sử d ụ ng n ă ng l ư ợ ng, ti ề m nă ng khai thác các ngu ồ n nă ng l ư ợ ng truy ề n th ố ng và ô n hi ễ m môi tr ư ờ ng đang là v ấ n đề đặ c bi ệ t cầ n quan tâm trên toàn th ế gi ới, yêu c ầu đặ t ra là c ần p h ải ti ết ki ệ m t ối đ a vi ệc s ử d ụ ng n ă ng l ư ợ ng vào các m ụ c đ ích. H ệ t h ố ng đi ề u hoà không khí trong các công t rình hi ệ n nay, theo th ố ng kê t ạ i các n ư ớ c phát tri ể n, hàng n ă m tiêu t ố n khoả ng 10  2 0% t ổ ng l ư ợ ng n ă ng l ư ợ ng Qu ốc gia. Đ ây là con s ố k hông nh ỏ , đ òi h ỏi s ự cầ n thi ết ph ả i n ghiên c ứ u và áp d ụ ng các gi ải pháp ti ế t ki ệ m n ă ng l ư ợ n g hi ệ u qu ả trong l ĩ nh vự c đ i ề u hoà không k hí ( Đ HKK). T i ết ki ệ m n ă ng l ư ợ ng hi ệ u quả t rong lĩ nh v ự c Đ HKK có th ể h i ể u là ti ết ki ệ m n ă ng l ư ợ ng mà k hông làm gi ả m đ i ch ấ t l ư ợ ng c ủ a vi khí h ậ u trong công trình. Đ ể đ ạt đ ư ợ c m ục đ ích nêu trên, có t hể t h ự c hi ệ n theo các đ ị nh h ư ớ ng như [ 2, 8]. - Á p d ụ ng công ngh ệ s ử d ụ ng các ngu ồ n nă ng l ư ợ ng s ạch phi truy ề n th ố ng; - S ử d ụ ng t ối đ a phầ n nă ng l ư ợ ng thả i ph ục v ụ t rong nhu c ầ u đ i ề u ti ế t; - N ghiên c ứ u và c ả i ti ế n nâng cao hi ệ u suấ t c ủ a công ngh ệ , thi ế t b ị và các quá trình trao đ ổ i ch ấ t; - H ợ p lý hoá quá trình thi ết k ế , vậ n hành, bả o trì và đ i ề u ti ế t vi khí h ậ u trong phòng; Vi ệc s ử d ụ ng riêng h ay k ế t h ợ p các đị nh h ư ớ ng nêu trên l à t u ỳ t hu ộ c vào đặ c đi ể m t ự n hiên, đặ c đi ể m kinh t ế , xã h ộ i và môi tr ư ờ ng t ừ ng khu v ự c, để hi ệ u su ất ti ết ki ệ m n ă ng l ư ợ ng đạ t đ ư ợ c cao nh ất. Để đ ánh giá gi ả i pháp ti ế t ki ệ m n ă ng l ư ợ ng hi ệ u qu ả c ó thể s ử d ụ ng chỉ s ố hữ u ích kW/TR [ 6] , trong đ ó: TR - y êu c ầ u v ề n ă ng suấ t nhi ệ t (l ạnh) t ố i thi ể u để đả m b ả o đ ủ c h ế đ ộ t i ệ n nghi và v ệ s inh môi tr ư ờ ng trong toàn b ộ c ông trình, kW - t ổ ng công su ấ t đi ệ n c ủ a t ất c ả các thi ế t b ị s ử d ụ ng nă ng l ư ợ ng trong h ệ t h ố ng Đ HKK. M ụ c tiêu đánh giá là n h ằ m cung c ấ p c ơ s ở và m ộ t s ố gi ả i pháp ti ế n t ới gi ả m chỉ s ố k W/TR trong h ệ t h ố ng thông gió (TG) và Đ HKK như ng v ẫ n đ ả m bả o đ ủ c ác yêu c ầ u v ề ch ế đ ộ t i ệ n nghi và v ệ s inh môi tr ư ờ ng trong công trình. Trong khu ô n kh ổ b ài báo này, chúng tôi ch ủ y ếu đề c ập t ới 3 v ấn đề liên quan t ới công nghệ s ử dụ ng nă ng lư ợ ng sạ ch, n ă ng l ư ợng th ả i và mộ t s ố g iả i pháp nâng cao hi ệ u su ất công nghệ . V ấn đ ề liên quan t ớ i thi ết kế, vậ n hành và bả o trì đã đư ợc đề cậ p trong n ội dung báo khoa họ c trong “ T ạ p chí KHCN Xây d ự ng, s ố 3/2008: Đị nh h ư ớ ng ti ết ki ệ m nă ng l ư ợ ng trong hệ t h ống đi ều hoà không khí trung tâm đ ể ti ết ki ệ m n ăng l ư ợng trong nhà cao t ầ ng ”. 2. Giả i pháp nâng cao hiệu suất công nghệ Hình 1, gi ả n đ ồ t hi ết bị l ạnh c ủa máy nén trong h ệ t h ố ng Đ HKK, cùng n ộ i dung các tài li ệ u [ 6, 7] đ ã ch ứ ng t ỏ k hả nă ng ti ế t ki ệ m nă ng l ư ợ ng c ủ a h ệ t h ố ng b ằ ng vi ệ c h ợ p lý hoá các thông s ố k ỹ t hu ậ t trong thi ế t bị n h ư : thi ết bị b ình ngư ng, b ộ p h ậ n bay h ơ i, máy nén, …
  2. Hình 1. Giản đ ồ t hiết bị l ạ nh hệ t h ống làm l ạnh nén hơi 2.1. Thi ết bị bay hơi - Nhiệt đ ộ thiết bị bay h ơi t ăng, công suất lạnh (tấn lạnh TR) thu đư ợc của thiết bị đó sẽ tăng. Thực tế sử dung đã chứ ng tỏ: với m ỗi mứ c tăng nhiệt độ thiết bị bay hơi thêm 10C có thể ti ết kiệ m khoả ng từ 1,5 đến 3% nă ng suất lạnh và giả m công suất điện từ 1 đế n 2%. - Việc nâng nhiệt đ ộ trong thi ết bị b ay h ơi có thể t hực hiệ n đ ư ợ c b ằ ng cách nâng nhi ệt đ ộ p hòng đi ều hoà t ới gi ớ i hạn trên theo tiêu chuẩ n ti ện nghi và vệ sinh môi tr ư ờng. 2.2. Thi ết bị ngưng - N hiệt đ ộ bình ngư ng giả m, công suất TR c ủa thi ết bị đ ó sẽ t ăng; - Vi ệc gi ảm nhi ệt độ bình ngư ng đ ư ợ c thự c hi ện bằ ng cách: h ợp lý hoá quá trình gi ải nhi ệt c ủa thi ết bị, s ử d ụng tháp giải nhi ệt có hi ệu suất giải nhi ệt cao,.. ; - Hiệu quả t háp gi ải nhiệt không chỉ liên quan t ới hệ th ống bơ m, h ệ thố ng quạt m à ph ụ t huộ c đáng kể v ào diện tích bề m ặt trao đ ổi nhiệt nư ớc - không khí (bả ng 1). Bảng 1. Một s ố t hông s ố kỹ t huật tham kh ảo Khối đệm dạ ng màng Khối đệ m dạ ng phun Khối đệ m dạ ng màng í t bị t ắc Tỷ lệ nước/không khí 1,1  1,5 1,5  2,0 1,4  1,8 Diệ n tích trao đổi nhiệt  45 m2/m3 150 m2/m3  100 m2/m3 30 85 hiệ u quả Độ cao cầ n thi ết của  10 m  1,5 m  1,8 m 5 1,2 1,5 khối đệ m Yêu cầ u c ột áp c ủa bơm  12 m  8m  9m 9 5 6 Lượng không khí cần Rất thấ p Thấ p Cao thiết 2.3. Máy nén - C ông nén (hay suất n ăng l ư ợng tiêu thụ) không chỉ ph ụ thuộ c theo các thông s ố n hư : nhi ệt độ bay hơi, nhiệt đ ộ bình ng ư ng … , mà còn ph ụ t hu ộc đáng k ể vào môi chất l ạnh s ử dụ ng ; - Hi ệu suất về nă ng lư ợng th ực tế c òn ph ụ thu ộc vào hai yế u t ố q uan tr ọng khác đó là: mứ c đ ộ vận hành non tải (IPLV) và các đi ều ki ện thi ết kế. Thi ết bị h oạt đ ộng càng gầ n vớ i công suất thi ết kế, hi ệu s uất nă ng lư ợ ng thu đư ợc càng cao, ng ư ợ c lại c àng xa điể m công suất thiết kế, hi ệu suất thu đư ợc càng thấ p. 3. Công nghệ sử dụng các nguồn năng lượng sạch phi truyền thống 3.1. Sử dụng n ăng l ượ ng mặt trời
  3. Vớ i mứ c năng l ư ợ ng tiế p nh ận hàng nă m trên trái đất [ 4, 6], t ừ bứ c xạ mặt tr ời vào khoả ng 1,05x1018 K W/h, hay tư ơng ứ ng với nă ng l ư ợ ng của kho ảng 5 t riệu tấ n than trong m ột giây nă ng lư ợ ng mặt trời sẽ là nguồ n n ă ng lư ợ ng ch ủ đạ o trên trái đất trong th ời gian tới. Trong công ngh ệ ứng dụ ng, n ăng lư ợ ng bứ c xạ m ặt tr ời đư ợ c thu nạp và chuyể n đổ i thành nhiệt nă ng, nhờ c ác colector cung cấp cho thi ết bị lạnh. Ưu đi ể m là: công suất lạ nh cầ n cấ p cho không gian điề u hoà l ớn nh ất thư ờ ng trùng vớ i khi c ư ờ ng đ ộ bứ c x ạ m ặt tr ời l ớ n nhất. Nguyên lý công nghệ áp d ụng phổ biến hiện nay đư ợc d ựa trên hoạt đ ộng củ a thiết bị đi ề u hoà h ấp th ụ ( hình 2). Hình 2. Giả n đồ hệ t h ống làm l ạ nh h ấp thụ, sử dụ ng n ăng l ư ợ ng m ặt trờ i Tại Vi ệt Nam, các nhà nghiên cứ u trư ờng Đ ại h ọc Bách khoa Đ à Nẵ ng đã cho th ử n ghi ệ m áp dụ ng thành công công nghệ nêu trên v ới môi chất lạnh sử d ụng là lithi bromua (LiBrH2 O), Vi ệ n Khoa h ọc C ông ngh ệ Xây dự ng - Bộ Xây d ự ng đang nghiên c ứ u thử nghi ệ m với môi chất lạnh amoni hi đroxit (NH4 OH). Tại Trung Quốc và một số nước phát triển khác đã cho triển khai áp dụng các công nghệ nghiên cứu và nhận được hiệu quả tiết kiệ m năng lượ ng khá cao [4, 7]. Nh ư vậ y: nă ng lư ợ ng đi ện cần thiết trong hệ đi ều hoà hấp th ụ c hỉ là phầ n năng lư ợ ng không l ớn để vậ n hành hệ qu ạt gió và bơ m môi chất, chỉ s ố k W/TR có thể giả m t ới 90% so v ới thi ết bị điề u hoà không khí s ử d ụng máy nén thông thư ờng. 3.2. Sử dụng n ước m ặt t ự nhiên C ông ngh ệ sử dụ ng n ư ớc m ặt tự nhiên để l àm giảm nhiệt đ ộ không khí cấ p [5,6,8] đã đư ợc nghiên cứ u và áp dụ ng tại nhiề u nư ớ c và trên th ế gi ớ i. Ư u đi ể m c ủ a công ngh ệ này là nư ớ c sau khi sử dụ ng đư ợc làm mát tự n hiên vào ban đêm, v ới nhiệt đ ộ t hấp hơ n nhi ệt đ ộ trung bình ngày khoả ng 2- 3 C, đư ợc lưu gi ữ và sử dụ ng vào thời điể m cầ n làm mát không khí trong ngày. Nhiệt đ ộ k hông khí đư ợ c gi ảm đ áng k ể khi sử dụ ng công ngh ệ vớ i dòng không khí có nhiệt độ cao và đ ộ ẩm th ấp. Tại Vi ệt Nam, công ngh ệ bu ồng tạ o sư ơng [5] đã đư ợc nghiên c ứ u và áp dụ ng để làm gi ả m nhiệt độ không khí trong các phân x ư ở ng nóng. Trên th ế gi ới, vi ệc sử d ụng n ư ớc m ặt tự nhiên đư ợc áp dụ ng khá ph ổ biế n t ại các vùng có đ ộ ấ p không khí thấ p và biên độ dao độ ng nhiệt độ trong ngày cao [6, 8]. T uy nhiên, công ngh ệ này ít đư ợ c áp d ụng trong các công trình dân d ụng và nhà ở thông th ư ờng vì không khí qua công ngh ệ x ử lý thư ờ ng có đ ộ ẩ m l ớn. 3.3. Sử dụng tính l ạnh của không khí ban đêm Từ đặc tính dao độ ng nhi ệt độ trong ngày, tại các khu vự c có biên độ dao độ ng ngày - đêm l ớ n, có th ể giả m t ải trọ ng nhi ệt trong các công trình bằng vi ệc h ạ t hấ p nhiệt đ ộ c ủa các k ết cấ u và vật dụ ng trong công trình [1,3,8] g ầ n v ới nhiệt độ tại thời đ iể m thấ p nhất c ủa k hông khí mát về ban đêm thông qua viêc đóng m ở hệ thố ng cửa. Tuy nhiên nhữ ng gi ải pháp này chỉ m ang tính th ụ độ ng, tiết kiệ m m ộ t lư ợ ng không l ớn nă ng l ư ợng cầ n ph ục vụ trong hệ t hố ng đi ề u tiết không khí và khó ki ể m soát. C ông ngh ệ sử dụ ng bộ tích nhiệt, đ ể tích “lạ nh” v ề b an để cấ p vào phòng điề u hoà (vào các thờ i đi ểm nh u c ầ u đi ều hoà trong phòng cao) không chỉ c ho phép giảm tải lạ nh yêu cầ u trong phòng mà còn gi ả m công su ất thiết bị đi ề u hoà khi vậ n hành kết h ợp. Khả nă ng giả m ch ỉ s ố kW/TR, c ủa hệ th ống đi ều hoà phụ t hu ộc vào biên độ dao đ ộng nhiệt trong ngày, tính chất và kích thư ớ c vật liệu
  4. chèn, độ dài b ộ tích, vận t ốc dòng không khí qua bộ và c ả chế độ vậ n hành sử d ụng. Hình 3 gi ớ i thi ệu s ơ đ ồ nguyên lý hoạt độ ng b ộ tích nhiệt. Hình 3. Sơ đồ n guyên lý ho ạt độ ng bộ tích nhi ệt 3.4. Sử dụng n ăng l ượ ng đị a nhi ệt Từ đ ặc tính dao đ ộng nhiệt đ ộ k hông khí trong n ă m và tính ổn đị nh nhi ệt củ a lớ p đ ất bề m ặt, có th ể giả m t ải trọ ng nhiệt trong hệ th ống đi ều hoà bằ ng vi ệc hạ t hấ p nhiệt đ ộ c ủa không khí c ấp thông qua việc sử d ụng kết h ợp nă ng l ư ợng đị a nhiệt [1,3,8]. Hình 4 gi ới thiệu biểu đồ phân bố nhiệt theo chiề u sâu lớp đất bề mặt tại khu vực có đặc điể m tự nhiên và khí hậ u gần v ới Hà N ội. T ừ biểu đ ồ nhận thấy: tại độ sâu ≥1,5m nhiệt độ của đất dao độ ng gần với nhiệt độ trung bình nă m và có giá trị thấp hơ n tại các tháng 5, 6, 7 và 8, đây là các tháng có nhu c ầu đi ều hoà cao h ơn. C ó thể kết hợ p đ ồng th ời giải pháp sử d ụng năng lư ợng địa nhi ệt và nă ng lư ợ ng t ừ đ ặc tính dao độ ng nhiệt trong ngày, bằ ng bộ lư u giữ đị a nhi ệt (BLG Đ N) [3], đ ể điề u tiết không khí trong phòng nế u các điề u kiện riêng đ ư ợ c đáp ứ ng, khi đ ó hi ệu qu ả t iết kiệ m n ăng l ư ợng đ ạt đ ư ợ c sẽ cao h ơ n. Hình 5 gi ới thi ệu kết qu ả đ o đạ c thự c nghiệ m tại Hà N ội (tháng 6/2004) từ vi ệc kết hợp đ ồng th ời hai gi ải pháp nêu trên (biể u đ ồ 3.1). 32 1 2 3 4 30 NhiÖt ®é, oC 5 6 7 8 28 9 10 11 12 26 24 22 20 18 16 14 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Hình 4. P hân b ố nhiệt độ c ủa đất vào các tháng theo chiề u sâu trong đ iều ki ện Hà N ội
  5. l = 0m l = 0,5m o NhiÖt ®é, C l = 1m l = 2m 36 l = 3m l = 4m 34 l = 5m 32 l = 6m 30 28 26 24 22 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 Thêi gian, h BiÓu ®å 3.1 BiÕn tr×nh nhiÖt ®é trong BLG§N theo chiÒu dµi, v = 0,2m/s Hình 5. Bi ểu đ ồ kết qu ả t hự c nghiệ m 4. Sử dụng năng lượng thải trong hệ thống điều tiết không khí 4.1. Sử dụng bộ t hu h ồi nhi ệt Trong các công trình dân d ụng thông thư ờng t ại Vi ệt Nam, nhiệt thải từ các quá trình là k hông l ớ n ngoại trừ khi có thể tái sử d ụng không khí thải từ không gian đi ề u hoà. S ử d ụng bộ thu hồi nhiệt cho phép sử d ụng l ại m ộ t ph ầ n n ăng l ư ợng thải nêu trên. T ừ kết quả n ghiên c ứu đư ợc gi ới thi ệ u trong tài liệ u [4, 7, 8] có thể c hỉ ra rằng: - Hi ệu qu ả sử dụ ng b ộ t hu h ồi nhiệt ph ụ t huộ c vào các thông số n hư: Độ c hênh nhiệt độ trong và ngoài nhà; Diệ n tích b ề m ặt trao đổ i nhiệt c ủa hai dòng không khí; V ận tốc dòng không khí đi qua b ộ thu; Tr ở lự c cục bộ c ủa thi ết bị thu h ồi nhi ệt; Thờ i gian thự c hiệ n q uá trình trao đ ổi nhi ệt … ; - Do m ột phầ n nă ng lư ợ ng cầ n tiêu t ố n cho hệ q uạt hồi và quạt cấp (để t hắng trở lự c c ục b ộ của thi ết bị) và giá thành đầu tư, lắp đặt thi ết bị khá cao, vì v ậy chỉ n ên thiết kế sử d ụng thi ết bị t hu hồi nhi ệt khi đ ộ chênh nhiệt độ trong và ngoài nhà cao ( ≥ 60C); - B ộ thu h ồi nhi ệt không nên sử dụ ng tại các không gian có nồ ng độ bụi cao hay không gian có chất đ ộc hại cầ n thu gom để x ử lý. 4.2. Sử dụng nhiệt thải quá trình trong nhà công nghiệp Trong m ột s ố nhà công nghiệ p, lư ợ ng nhiệt thải trong quá trình sả n xuất có thể sử dụ ng để p hát đi ện (ví dụ trong nhà máy xi mă ng), hoặ c để c hạy máy đi ều hoà [4, 5, 6, 8] (cho loại máy h ấp th ụ). S ơ đ ồ n guyên lý hoạt đ ộng c ủa máy điều hoà hấ p th ụ sử dụ ng nhiệt thải tư ơng t ự nh ư t hiết bị sử dụ ng năng l ư ợng mặt tr ời, ở đây nguồ n thu nhi ệt m ặ t tr ời đư ợc thay b ằng ngu ồn nhiệt th ải từ quá trình sản xuất (hình 2). 5. Kết luận và kiến nghị Tiết ki ệm nă ng lư ợng trong lĩnh vự c thông gió và Đ HKK nói riêng là một trong nhữ ng nhi ệ m vụ đặc biệt cầ n thiết, nó phù hợ p v ới xu hư ớ ng và nhi ệ m vụ chung hi ệ n nay trên thế gi ới trong lĩ nh v ực nă ng lư ợng và đã đư ợ c c ụ thể hoá bằ ng chư ơ ng trình và m ục tiêu Qu ốc gia v ề tiết ki ệm nă ng lư ợ ng của chính phủ V iệt Nam. Bài báo này đã đề cập tới những nguyên tắc cơ bản trong việc sử dụng năng lượng hiệu quả phục vụ trong hệ thống thông gió và ĐHKK trong nhà và công trình. Từ cơ sở và một số giải pháp nêu trên, góp phần tạo hướng tích cực trong việc thiết kế và vận hành hệ thống thông gió và ĐHKK để hiệu quả tiết kiệm năng lượng có thể đạt ở mức cao hơn. Từ n hữ ng nhi ệ m v ụ trong m ụ c tiêu Quố c gia c ầ n đ ạt đư ợc, B ộ Xây dự ng đã triển khai nhiề u đề tài dự án liên quan t ới các gi ải pháp tiết ki ệm năng lư ợng trong nhà và công trình. Tuy nhiên, trong l ĩnh vự c thi ết bị c ủa h ệ thố ng Đ HKK hi ệ n chư a có tài li ệu hư ớng dẫn c ụ t hể liên quan t ới các giải pháp t ối ư u cho phép tiết ki ệm t ối đa nă ng lư ợ ng khi vậ n hành sử d ụng. Nghiên cứ u công nghệ mớ i liên quan t ới sử d ụng n ă ng lư ợ ng m ặt trời cũ ng cần đư ợc m ở r ộ ng ph ạ m vi nghiên c ứ u, vì lẽ các c ông nghệ hi ện có chư a tận d ụng đ ư ợc nhiề u nguồ n n ă ng lư ợ ng vô tậ n nêu trên, hơ n nữa giá thành thi ết bị khá cao và hi ệu quả kinh tế còn thấ p. Tài liệu tham khảo 1. Vũ Văn Đ ại, Phạ m Đức Thành. S ử dụ ng tính lạ nh của vỏ trái đất và không khí ban đ êm để là m m át không khí c ấp. T ạp chí KHCN Xây d ự ng, s ố 4/2002.
  6. 2. V ũ Văn Đại, Phạ m Đứ c Thành, Nguyễ n Quyết Chi ến. Nhữ ng giải pháp về năng lư ợng trong hệ t hố ng điề u hoà không khí trong phòng. T ạp chí KHCN Xây d ự ng, s ố 1/2003. 3. V ũ Văn Đại, Nguy ễn Quy ết Chi ế n. Báo cáo k ết qu ả đề tài RD 08- 03. Nghiên c ứ u ứ ng d ụng bộ lưu gi ữ đị a nhiệt trong điề u ki ệ n miề n B ắc Vi ệt Nam. H à N ộ i, 11/2004. 4. H ộ i thả o Qu ốc tế “H ợ p tác Vi ệt – Trung về ứ ng dụ ng nă ng lư ợ ng m ặ t trời trong phát triể n bề n v ữ ng”. H à N ội, 8/2004. 5. T ổ h ọc thuật vật lý xây dự ng, thông gió và điều hoà không khí Việt Nam. Vi khí hậ u công trình trong điề u kiện nóng ẩ m. Viện KHKT Xây dự ng - B ộ X ây dự ng, 1984. 6. E nergy Efficiency Guide for Industry in Asia. U nited Nations Environment Programme, 2006. H ư ớng d ẫn s ử dụ ng nă ng l ư ợng hi ệ u quả trong ngành công nghiệ p Châu á, UNEP. 7. N guy ễn Đ ức L ợi. Hư ớng dẫn thi ết kế hệ t hố ng đi ều hoà không khí, 2 007. 8. Энергосбережение в системах т еплоснабжения, вентиляции и к ондиционирования воздуха . С правочное пособие. – М.: 1990, 618 с.
nguon tai.lieu . vn