Bài giảng môn quản lý năng lượng bài 4 TKNL trong hệ thống lạnh

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
Trường Đại Học Bách Khoa

Các Cơ Hội
Tiết Kiệm Năng Lượng
Trong Hệ Thống Lạnh

- 45oC

TS. Nguyễn Thế Bảo
Ủy Viên BCH Trung Ương Hội Lạnh và ĐHKK Việt Nam


NGUYÊN LÝ
HỆ THỐNG LẠNH
Nhiệt Thải
3

2

Lỏng Cao
Áp

Lỏng + Hơi
Thấp Áp

Hơi Nóng
Cao Áp

Dàn Ngưng

Van Tiết
Máy Nén
Lưu
Thu Nhiệt

Hơi Lạnh Thấp
Áp

Dàn Bốc Hơi
4

1

Lgp

Sơ Đồ Nguyên Lý Hệ Thống Lạnh

Ngưng Tụ

3

2

Tiết Lưu
4

Bay Hơi – Thu Nhiệt

Nén
1

h

Giản Đồ Lgp - h

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

2


TIÊU THỤ NĂNG LƯNG
TRONG CÁC TÒA NHÀ THƯƠNG
MẠI TẠI CÁC NƯỚC TRONG
KHU VỰC

Sử dụ
dụnngg nă
nănngg lượ
lượnngg trong
trong cá
cácc khá
khácchh sạ
sạnn
Sử
Mẫu tiêu thụ năng lượng điển hình của các khách sạn ở Hong Kong :

8%

20%

19%
53%

ĐHKK

Thang máy

Chiếu sáng

Khác

Nguồn: Good Practice Guide to Energy Conservation in Hotel in Hong Kong

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

3


TIÊU THỤ NĂNG LƯNG
TRONG CÁC TÒA NHÀ THƯƠNG
MẠI TẠI CÁC NƯỚC TRONG
KHU VỰC

Sử dụ
dụnngg nă
nănngg lượ
lượnngg trong
trong cá
cácc khá
khácchh sạ

sạnn
Sử
Mẫu tiêu thụ năng lượng điển hình của các khách sạn ở Thái Lan :
11%

13%

76%

ĐHKK

Chiếu sáng

Khác

Nguồn: TEI/Thailand’s Energy Future Project 1997

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

4


Hệ Số Làm Lạnh (COP)

3

2

Lgp

P2,3

Công Nén
P1,4
4

1

Năng Suất Lạnh

h2 - h1
h1 - h4
h3,4

h1

h2

h

Giản Đồ Lgp – h của Hệ Thống Lạnh 1 Cấp

Hệ
Hệ Số
Số Là
Làm
m Lạ
Lạnnhh== Nhiệ
NhiệttLấ
Lấyy Đi

Đi Từ
Từ Đố
Đốii Tượ
Tượnngg Là
Làm
m Lạ
Lạnnhh
COP
Cô
COP
CônnggNé
Nénn

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

== hh11 -- hh 44
hh22-- hh11

5


Quá Nhiệt
Lgp

P3

P4

2

3

1

6

5

4
h3,4

h1 h5 h 2

h6

h

Quá Nhiệt

 Khi tiếp tục gia nhiệt, hơi bão hoà khô sẽ
chuyển thành hơi quá nhiệt
 Với sự quá nhiệt, công nén sẽ tăng lên,
làm giảm COP
 Cần chỉnh van tiết lưu chính xác vì điều
nay có ảnh hưởng đến việc quá nhiệt của
hơi vào máy nén

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

6

Thiết Bò Ngưng Tụ
Lgp

3

P2,3
P6
P1,4

2

5

6
Bay Hơi

7

4

1

Năng suất lạnh

h6,7 h3,4

h1

Công Nén

h5 h2

h

Khi áp suất ngưng tụ giảm, công nén sẽ
giảm và năng suất lạnh tăng Tăng COP
 p suất ngưng tụ có thể giảm nếu nhiệt đô
ngưng tụ giảm


Nế
Nếuu có
có thể
thể giả
giảm
m nhiệ
nhiệtt độ
độ ngưng
ngưng tụ
tụ,, ta
ta có
có thể
thể
tă
tănngg hiệ
hiệuu suấ
suấtt và
và giả

giảm
m điệ
điệnn nă
nănngg sử
sử dụ
dụnngg

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

7


Thiết Bò Ngưng Tụ
Vài lưu ý nhằm tiết kiệm năng lượng
Nhiệt độ ngưng tụ cần được duy trì càng thấp càng tốt. Điều
này có thể đạt được bởi:
Những chế độ vận hành và bảo dưỡng
 Vận hành lượng quạt và bơm nhiều nhất có thể nhằm hạ
nhiệt độ ngưng tụ. Trong hệ thống có nhiều máy nén và
bình ngưng, cần theo dõi năng lượng tiêu thụ của bình
ngưng và máy nén để xác đònh điểm tối ưu. Thông
thường, năng lượng tiêu tốn cho bình ngưng thấp hơn
15% so với máy nén.
 Thay thế giải nhiệt bằng gió bằng hệ thống giải nhiệt
bằng nước khi cho phép
 Bảo đảm các vòi phun luôn sạch
 Tránh để dàn ngưng bò bức xạ trực tiếp
 Luôn giữ cho bề mặt trao đổi nhiệt luôn sạch và nước
được xử lý phù hợp
 Loại bỏ khí không ngưng ra khỏi bình ngưng và kiểm tra

thường xuyên

Nă
Nănngg lượ
lượnngg tiê
tiêuu tố
tốnn sẽ
sẽ giả
giảm
m đi
đi 2%
2% nế
nếuu nhiệ
nhiệtt độ
độ
ngưng
ngưng tụ
tụ giả
giảm
m 11OOC
C

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

8


Thiết Bò Ngưng Tụ

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

9


Thiết Bò Ngưng Tụ

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

10


HỆ THỐNG LẠNH VỚI
BƠM CAO ÁP

T
X
V

Thiết bò ngưng tụ

Thiết bò bay hơi

210 PSIG

195
PSIG

226
PSIG

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

11


ĐỒ THỊ (lgp-i) SO SÁNH HỆ THỐNG
TRUYỀN THỐNG VÀ CÓ BƠM CAO ÁP

VÙNG QUÁ LẠNH

240 psia
120 psia

T

HƠI

VÙNG QUÁ NHIỆT

HỆ THỐNG TRUYỀN THỐNG
HỆ THỐNG CÓ BƠM CAO ÁP

60 psia
HIỆU QUẢ LẠNH
HIỆU QUẢ LẠNH

CÔNG NÉN
CÔNG
NÉN

Enthalpy

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

12


Thiết Bò Bay Hơi
Lgp
P2,3,6

3

P7,5

7

6

2

5
1

P1,4
4

h3,4

h1,5

Công Nén

h 6 h2

h

Nế
Nếuu có
có thể
thể tă
tănngg nhiệ
nhiệtt độ
độ bay
bay hơi,
hơi, ta
ta có
có thể
thể tă
tănngg hiệ
hiệuu
suấ
suấtt và
và giả
giảm
m điệ
điệnn nă
nănngg sử
sử dụ
dụnngg

 Giữ

nhiệt độ bay hơi cao nhất có thể

 Tránh không để dầu bôi trơn bò đẩy nhiều trong
dàn lạnh
 Xả đá các dàn lạnh khi cần thiết
 Đảm bảo ngưng ngay việc xả đá khi đá đã xả hết
 Tránh nhiệt thừa xâm nhập vào trong phòng

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

13


ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ:
TĂNG NHIỆT ĐỘ ĐẶT
Nhiệt độ thích hợp cho vùng nhiệt đới: 26oC
Trước khi cải thiện
- Sảnh tiếp tân:

24oC

- Các phòng khách: 20oC
Sau khi cải thiện:
- Các phòng khác: tiết kiệm 91 MWh/năm
114 triệu đồng/năm
- Sảnh tiếp tân:

tiết kiệm 47.5 MWh/năm

59.4 triệu đồng/năm

Tổng cộng:
g Tiết kiệm 138.6 MWh/năm =>
173 triệu đồng/năm
Tiết kiệm cho ngành điện: 16 kW
=> 14 400 USD

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

14


Hệ Thống Lạnh và Điện
3 Giá
Hiện nay Công Ty Điện Lực đã cho triển khai áp dụng Chế
độ Điện 3 Giá:
 Giờ Thấp Điểm (22:00-06:00):

520 VND/kWh (748 VND/kWh)
 Giờ Bình Thường (06:00-18:00):
960 VND/kWh (1397 VND/kWh)
 Giờ Cao Điểm (18:00-22:00):

1600 VND/kWh (2387 VND/kWh)
Load
(kW)

Maximum
Demand (kW)

Midnight

Midnight
Time of Day

Hệ thống lạnh có thể được thiết kế và vận hành để tận dụng
được ưu điểm của Chế độ điện 3 giá với việc sử dụng Các Bể
Trữ Đá

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

15


Bể Trữ Đá
Bể Trữ Đá hoạt động theo nguyên tắc sau:
Làm đá trong giờ thấp điểm và bình thường (22:00 –
18:00)


 Cho tan đá để sử dụng lạnh giờ cao điểm (18:00 – 22:00)
Load
(kW)

Make
Ice

Make Ice

Melt Ice
Midnight

18:00

Midnight

22:00

Old Max. Demand
Load

Old profile
Savings

(kW)

New Max.. Demand
New profile

Midnight

08:00

18:00

22:00

Midnight

Time of Day
Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

16


Bể Trữ Đá
bơm

C

a

g

b

thd

STL

CH

h

Distributlon

bơm
thd
d

c

e

f
Khi nạp tải vào STL (charge mode)

C

a

g

b

bơm

STL

CH

thd

h

Distributlon

bơm
thd
d

c

f

e

Khi xả tải STL ra (discharge mode)

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

17


Điều kiện thiết kế lắp
đặt Bồn trữ lạnh:
- Có sử dụng đồng hồ điện 3 giá.
- Hệ thống điều hoà không khí (Hệ thống
lạnh) sử dụng loại máy Water Chiller
- Công suất lạnh cần thiết:
+ Hệ thống lạnh chỉ có 1 cụm máy Water
Chiller : công suất lạnh của máy phải lớn
hơn công suất lạnh cần thiết cho phụ tải (các
hộ tiêu thụ)
+ Hệ thống lạnh bao gồm nhiều cụm máy
Water Chiller: tổng công suất lạnh của các
máy phải lớn hơn công suất lạnh cần thiết
cho phụ tải (các hộ tiêu thụ)
- Có không gian, diện tích đủ để đặt Bồn trữ
lạnh.

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

18


Các Cơ Hội Tiết Kiệm
Năng Lượng Trong Hệ
Thống ĐHKK
Khâu thiết kế kiến trúc
Giảm phụ tải lạnh thông qua các biện pháp sau:
 Cố gắng toà nhà được quay đúng hướng
 Bọc cách nhiệt đủ cho mái và tường
 Bảo đảm toà nhà được kín gió và hơi nước
 Che chắn cửa kính để hạn chế bức xạ
 Bảo đảm các vùng điều hoà được kiểm tra đúng
nhu cầu
 Sử dụng tối đa lượng gió hồi khi cho phép để đỡ
tiêu tốn lạnh
Việ
Việcc thiế
thiếtt kế
kế chính
chính xá
xácc sẽ
sẽ giú
giúpp giả
giảm
m kích
kích thướ
thướcc

hệ
hệ thố
thốnngg ĐHKK,
ĐHKK, giú
giúpp giả
giảm
m chi
chi phí
phí đầ
đầuu tư
tư lẫ
lẫnn chi
chi
phí
phí vậ
vậnn hà
hànnhh

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

19


Các Cơ Hội Tiết Kiệm
Năng Lượng Trong Hệ
Thống ĐHKK
Khâu thiết kế thiết bò
 Chọn dạng và kích thước máy lạnh đúng yêu cầu
 Chọn motor hiệu suất cao cho bơm, quạt và máy
nén

 Xét tới khả năng sử dụng biến tần cho bơm, quạt
và máy nén
3
**Motor
Motor Input
Input power
power αα (flow)
(flow)3

Ví dụ: 75% lưu lượng cần (0.75)3 = 42% tải động cơ !
 Theo dõi và kiểm soát nhiệt độ các vùng
 Dùng hệ thống lạnh trung tâm khi cho phép

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

20


Các Cơ Hội Tiết Kiệm
Năng Lượng Trong Hệ
Thống ĐHKK
Khâu thiết kế vận hành
 Hạn chế tối thiểu thời gian vận hành
 Lắp đặt đúng vò trí các cảm biến (sensors) nhiệt độ
 Sử dụng các sensor loại tốt và cân chỉnh thường
xuyên
 Cho các hệ thống đơn giản, sử dụng bộ đònh thì
 Trong các hệ thống kiểm soát bằng máy tính, kiểm
soát nhằm đạt được:
 Tối ưu trong việc bật tắt máy

 Sự kiểm soát chính xác nhiệt độ
 Dễ dàng thay đổi nhiệt độ cài đặt các phòng
 Theo dõi năng lượng
 Theo dõi bảo trì

Các Cơ Hội Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Hệ Thống Lạnhâ

21