Chuong 2 danh gia hieu qua thiet ke lap dat

Chương 2

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC GIẢI PHÁP TIẾT
KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT

Việc thiết kế và lắp đặt đúng yêu cầu kỹ thuật, lựa chọn thiết bị đúng đắn sẽ tiết
kiệm năng lượng. Dưới đây chúng tôi sẽ chỉ ra, phân tích và đánh giá hiệu quả tiết
kiệm năng lượng nếu có giải pháp thiết kế và lắp đặt hợp lý.
2.1 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT
Trong phần này tiến hành phân tích ảnh hưởng của một vài nhân tố do việc thiết
kế và lắp đặt chưa hợp lý các hệ thống điều hòa không khí dẫn đến tiêu thụ năng lượng
cho các hệ thống điều hòa không khí tăng cao.
Khi thiết kế các công trình, thiết kế các hệ thống điều hòa và lắp đặt thi công,
nếu không tuân thủ các nguyên tắc thì chi phí điện năng để vận hành hệ thống điều hòa
rất lớn, nhiều bài học thực tế đã chỉ ra rằng, có nhiều công trình đã không thể vận hành
vì chi phí tiền điện quá lớn. Dưới đây là một vài nguyên nhân chi phí điện năng lớn
liên quan đến thiết kế và lắp đặt.
1- Lựa chọn các chủng loại máy không phù hợp nên chi phí điện năng quá cao
không thể vận hành hiệu quả.
2- Thiết kế theo sơ đồ thẳng, không thực hiện tái tuần hoàn không khí .
3- Khí tươi cung cấp trực tiếp ở nhiệt độ cao vào phòng mà không thực hiện hồi
nhiệt với không khí thải.
4- Lắp đặt dàn ngưng và vận hành hệ thống không đúng nên nhiệt độ ngưng tụ
quá cao, hiệu qủa làm việc thấp.
5- Lắp đặt đường ống gas quá dài, đường đi quanh co trở lực lơn nên năng suất
lạnh máy giảm.
6- Không hút hết không khí trong đường ống, nên có lẫn không khí trong đường
ống làm tăng nhiệt độ ngưng tụ.
7- Lắp đặt không đúng nên không hồi được dầu, dầu đọng ở dàn lạnh làm cho
hiệu quả trao đổi nhiệt giảm, máy chóng hỏng.
8- Kết cấu nhà gây tổn thất nhiệt lớn nhất là nhiệt bức xạ: màu sắc của tường

quá tối, sử dụng kính quá nhiều gây hiệu ứng nhà kính.
9- Không có biện pháp khắc phục hợp lý các hệ thống không có giảm tải khi
phụ tải thường xuyên không đạt 100%.
10- Trữ lạnh để tiết kiệm năng lượng và tránh phụ tải điện cực đại trong ngày,
giảm chi phí đầu tư.
Dưới đây chúng ta đi sâu phân tích ảnh hưởng của các nhân tố trên đây đến hiệu
quả của hệ thống điều hòa không khí
11


2.2. LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA HỢP LÝ CHO CÁC CÔNG TRÌNH
Đối với hầu hết các công trình chúng ta có thể sử dụng bất cứ hệ thống máy và
thiết bị điều hòa tùy ý, nhưng dưới góc độ tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí đầu tư
thì vẫn có những phương án tối ưu nhất. Thông thường có 4 giải pháp lựa chọn thiết bị
cơ bản sau:
- Sử dụng máy điều hòa 2 mãnh hoặc cửa sổ.
- Sử dụng máy điều hòa VRV.
- Sử dụng máy điều hòa chiller.
- Sử dụng máy điều hòa dạng tủ kênh gió.
Phạm vi ứng dụng:
Các loại máy điều hòa khác nhau có phạm vi ứng dụng khác nhau nên lựa chọn
cho phù hợp.
- Máy điều hòa 2 mãnh hoặc cửa sổ phù hợp cho các đối tượng nhỏ như hộ gia
đình, các phòng làm việc nhà thấp tầng của các cơ quan công sở, khách sạn, các khu
du lịch nhỏ .

a. Máy điều hòa 2 mãnh

b. Máy điều hòa VRV

d. Máy điều hòa dạng tu
c. Máy điều hòa chiller
Hình 2-1: Các loại máy điều hòa phổ biến
- Máy điều hòa VRV, đây là chủng loại sử dụng ngày càng phổ biến, thích hợp
cho các cơ quan công sở, khách sạn từ trung bình đến lớn.
12


- Máy điều hòa chiller thích hợp cho các nhà máy lớn, khách sạn lớn đến rất
lớn, các nhà máy lớn.
- Máy điều hòa dạng tủ kênh gió : thích hợp cho các rạp chiếu bóng, rạp hát, hội
trường vv… nơi tập trung đông người.
Bây giờ ta sẽ phân tích tiêu thụ điện ứng với các phương pháp lựa chọn khác
nhau.
2.2.1. Các thiết bị tiêu thụ điện của các phương án thiết bị khác nhau
Bảng dưới đây cho biết số lượng các thiết bị sử dụng điện năng cho các phương
án lựa chọn thiết bị điều hòa không khí khác nhau.
Căn cứ vào bảng này, một cách định tính chúng ta cũng có thể thấy rằng, hai
phương án đầu là ít thiết bị tiêu thụ điện nhất, còn hai phương án sau cùng là nhiều
thiết bị tiêu thụ điện. Phương án sử dụng máy điều hòa dạng tủ thường được sử dụng
cho các công trình đặc biệt như hội trường, rạp chiếu bóng, nhà hát vv... là nơi tập
trung đông người và là một không gian rộng, cao cho phép có thể sử dụng kênh gió,
khi hoạt động thường với 100% tải trong suốt quá trình vận hành. Vì thế dưới đây chỉ
xét đến 3 phương án đầu và so sánh với nhau.
Bảng 2-1: Bảng thống kê điện năng tiêu thụ.
Các thiết bị tiêu thụ điện

Hai mảnh

VRV

Chiller

Dạng tủ

Mô tơ cụm máy

Có

Có

Có

Có

Quạt dàn lạnh (Indoo Unit,
Fan coil Unit, AHU)

Có

Có

Có

Có

Quạt dàn ngưng

Có

Có

(Không)

(Không)

Quạt tháp giải nhiệt

Không

Không

Có

Có

Bơm giải nhiệt

Không

Không

Có

Có

Bơm nước lạnh

Không

Không

Có

Không

( )- Nếu giải nhiệt bằng nước thì không có
2.2.2. Các thiết bị có giảm tải
Trên bảng 2-2 cho chúng ta thấy các thiết bị có khả năng giảm tải trong các hệ
thống. Theo bảng này ta có thể thấy:
- Hầu hết các thiết bị trong hệ thống điều hòa không khí đều không giảm tải.
- Hệ VRV là có khả năng giảm tải tốt nhất, nhờ bộ biến tần và thực hiện cho cả
dàn nóng và dàn lạnh.
- Máy điều hòa 2 mãnh, tuy không có giảm tải nhưng khi áp dụng cho các hệ
thống lớn có thể tắt bớt một số máy khi phụ tải nhỏ, vì thế phương án này về thực chất
cũng chẳng khác hệ VRV bao nhiêu, tức có thể coi có nhiều mức giảm tải.
Bảng 2-2: Bảng thống kê các thiết bị có giảm tải
13


Các thiết bị tiêu thụ điện

Hai mảnh

VRV

Chiller

Dạng tủ

Mô tơ cụm máy

Không

Có

Quạt dàn lạnh

Không

Có
Có

Không

Có
Không

Quạt dàn ngưng

Không

Có

(Không)

(Không)

Quạt tháp giải nhiệt

Không

Không

Bơm giải nhiệt

Không

Không

Bơm nước lạnh

Không

2.2.3. Tổng điện năng tiêu thụ cho các phương án khác nhau khi 100% tải.
Để thấy rõ sự chênh lệch về tiêu thụ điện của các phương án khác nhau chúng ta
lần lượt lựa chọn thiết bị cho các phương án khác nhau với các năng suất lạnh Q o khác
nhau.
Bảng 2-3 : Bảng số lượng thiết bị cho các phương án
Công suất lạnh yêu cầu Qo, USRT

50

100

150

200

250

300

34

67

100

134

167

200

- Cụm máy 10 Ton

5

-

-

-

1

-

- Cụm máy 20 Ton

-

5

-

1

-

-

- Cụm máy 30 Ton

-

-

5

6

8

10

50

100

150

200

250

300

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

+ Công suất lạnh 1 Ton

-

1

-

-

1

-

+ Công suất lạnh 2 Ton

1

-

-

1

-

-

+ Công suất lạnh 3 Ton

16

33

50

66

83

100

a). Phương án sử dụng máy điều hòa 2 mãnh
- Máy điều hòa treo tường 18.000 Btu/h
b). Phương án sử dụng VRV

- Dàn lạnh cassette, Qo = 1 ton
c). Phương án chiller
- Cụm máy lạnh công suất tương ứng
(50, 100, 150, 200, 250, 300 Ton)
- Tháp giải nhiệt năng suất tương ứng
(50, 100, 150, 200, 250 , 300)
- Bơm nước lạnh công suất tương ứng
- Bơm nước lạnh công suất tương ứng
- Dàn lạnh FCU

Bảng 2-4 : Công suất điện tiêu thụ của các phương án thiết bị khác nhau
14


Công suất lạnh Qo, USRT

50

100

150

200

250

300

a). Phương án sử dụng máy điều hòa 2 mãnh

- Máy điều hòa treo tường
18.000 Btu/h

34 x
1,9
64,6

67 x
1,9
127,3

100 x
1,9
190

134 x
1,9
254,6

167 x
1,9
317,3

200 x
1,9
380

- Cụm máy 10 Ton

5x12,1

-

-

-

12,1

-

- Cụm máy 20 Ton

-

5x24,2

-

24,2

-

-

- Cụm máy 30 Ton

-

-

5x36,3

6x36x3

8x36,3

10x36,3

50 x

100 x

150 x

200 x

250 x

300 x

0,056

0,056

0,056

0,056

0,056

0,056

63,3

126,6

189,9

253,2

316,5

379,8

- Cụm máy lạnh công suất
tương ứng (50, 100, 150,
200, 250, 300 Ton)

50

100

150

200

250

300

- Tháp giải nhiệt năng suất
tương ứng (50, 100, 150,
200, 250 , 300)

1,5

2,25

2,25

3,75

5,5

7,5

- Bơm nước lạnh công suất
tương ứng

5,5

11

17,5

22

27

35

- Bơm nước lạnh công suất
tương ứng

5,5

11

17,5

22

27

35

+ Công suất lạnh 1 Ton

-

0,075

-

-

0,075

-

+ Công suất lạnh 2 Ton

0,135

-

-

0,135

-

-

16x

50 x

66 x

83 x

0,205

33 x
0,205

0,205

0,205

0,205

100 x
0,205

65,915

131,09

197,5

Tổng cộng, kW
b). Phương án sử dụng
VRV

- Dàn lạnh cassette 1 Ton
Tổng cộng
c). Phương án chiller

- Dàn lạnh FCU

+ Công suất lạnh 3 Ton
Tổng cộng

261,415 326,59

Trong các tính toán trên chúng tôi lựa chọn các thiết bị như sau:
- Máy điều hòa 2 mãnh, treo tường LG : LS-F-1860CL 18.000 Btu/h

- Máy điều hòa VRV Daikin
- Chiller Carrier
15

398


Các dàn lạnh FCU của hãng SINKO:
+ TCR-400-SW : 75W
+ TCR-800-SW : 135W
+ TCR-1200-SW : 205W
Bảng 2-5: Tổng hợp chi phí điện năng N của các phương án, kW
Chủng loại
Máy
Split
VRV
Chiller

Năng suất lạnh Qo, Ton
50
100
150
200
250
64,6
127,3
190
254,6 317,3
63,3
126,6 189,9 253,2 316,5

65,915 131,09 197,5 261,42 326,59

300
380
379,8
398

Hình 2-2: Tổng điện năng tiêu thụ của các phương án
Từ kết quả phân tích tính toán cho thấy, khi phụ tải đạt 100% thì tổng chi phí điện
năng khi sử dụng các phương án khác nhau chênh lệch không lớn lắm.
2.2.4. Tiêu thụ điện của các phương án thiết bị khi có giảm tải
Bây giờ ta sẽ phân tích trường hợp hoạt động non
tải sử dụng các phương án thiết bị khác nhau sẽ như thế
nào
Trong phương án chiller có thể chia ra làm 3
nhóm:
1. Nhóm 1: giảm tải theo bậc (4 mức hoặc 5 mức
giảm tải). Đó là cụm chiller
2. Nhóm 2: là các thiết bị giảm tải theo gần đúng
phụ tải (có thể gọi là giảm tải tinh). Đó là các FCU.
16


3. Nhóm 3: Các thiết bị không giảm tải, gồm bơm giải nhiệt, bơm nước lạnh và
quạt tháp giải nhiệt

Bơm nước lạnh
Bơm giải nhiệt
Tháp giải nhiệt
Hình 2-3: Các thiết bị không giảm tải trong hệ chiller

Bảng 2-6: Tổng chi phí điện năng N của các phương án khi non tải, kW
Chủng loại
Máy

Phụ tải

Năng suất lạnh Qo, Ton
50
100
150
200
250
300
20%
12,9
25,5
38,0
50,9
63,5
76,0
40%
25,8
50,9
76,0 101,8 126,9 152,0
60%
Split
38,8
76,4 114,0 152,8 190,4 228,0
80%
51,7

101,8 152,0 203,7 253,8 304,0
100%
64,6
127,3 190,0 254,6 317,3 380,0
20%
12,7
25,3
38,0
50,6
63,3
76,0
40%
25,3
50,6
76,0 101,3 126,6 151,9
60%
VRV
38,0
76,0 113,9 151,9 189,9 227,9
80%
50,6
101,3 151,9 202,6 253,2 303,8
100%
63,3
126,6 189,9 253,2 316,5 379,8
20%
25,7
50,6
76,8 100,5 125,4 156,6
40%

38,9
77,0 116,4 153,2 191,3 235,7
60%
Chiller
52,0
103,3 155,9 205,9 257,2 314,8
80%
65,2
129,7 195,5 258,7 323,1 393,9
100%
65,9
131,0 197,5 261,4 326,5 398,0
Bảng 2-6 là tổng chi phí điện năng tính toán cho các phương án lựa chọn máy
khác nhau khi hệ thống non tải. Khi non tải thông thường chỉ có máy nén là có khả
năng giảm tải, đối với hệ VRV giảm tải nhờ bộ biến tần nên có vô số cấp giảm tải, đối
với cụm máy chiller chỉ có 4-5 cấp giảm tải , ngoài ra trong hệ chiller có một số thiết
bị công suất lớn không giảm tải. Trên cơ sở tính toán đã tiến hành vẽ đồ thị hình 2-4.

17


Hình 2-4: Tổng chi phí điện năng ở các phụ tải khác nhau
Để đánh giá mức độ tăng công suất khi sử dụng phương án máy điều hòa chiller
so với phương án VRV chúng ta đưa ra hệ số sau:
Q (Chiller) − Q o (VRV )
ξ= o
.100%
(2-1)
Q o (VRV )
Trên hình 2-5 biểu thị hệ số ξ theo phần trăm phụ tải. Từ đồ thị này cho chúng

ta thấy.
- Khi phụ tải bên ngoài đạt 100% tiêu thụ điện năng cho các phương án gần
như bằng nhau, sai lệch không quá 3% không đáng kể.
- Tuy nhiên, khi phụ tải non thì chi phí điện năng theo phương án chiller lớn
hơn nhiều so với các phương án khác, do một số thiết bị không thể giảm tải. Khi phụ
tải rất non thì chi phí càng chênh lệch. Chẳng hạn khi phụ tải bên ngoài chỉ 20% thì
phương án chiller chi phí điện năng tăng đến 200% so với các phương án split và VRV.
- Máy điều hòa 2 mãnh, tuy không có giảm tải, nhưng do công suất các máy
nhỏ, số lượng lớn, các máy vận hành đơn lẻ nên khi sử dụng cho các công trình có
nhiều phụ tải hoặc chung phụ tải, khi tải non hoặc khi một số phụ tải nghỉ có thể tắt
bằng tay hoặc tự động các máy nên có thể coi nó có vô cấp giảm tải tương tự như
VRV.
- Máy điều hòa dạng tủ thường hoạt động với 100% phụ tải nêđề n không đặt
vấn so sánh trong nội dung này.

18


Hình 2-5: Tổng chi phí điện năng ở các phụ tải khác nhau hệ chiller
Để đánh giá chi phí năng lượng cho một đơn vị phụ tải ở các mức phụ tải khác
nhau, đưa ra hệ số:
N
β=
.100%
(2-2)
a %.Q o
A% là phần trăm phụ tải, %.
Hệ số β được biểu diễn trên hình 2-6.

Hình 2-6: Tổng chi phí điện năng tính cho một đơn vị công suất lạnh hệ chiller

Trên hình 2-6 cho thấy, khi non tải tổng chi phí điện năng của hệ thống chiller
tính cho một đơn vị phụ tải khi non tải rất lớn chiếm đến trên 70%, trong khi bình
thường chỉ chiếm khoảng 35%.
19


2.2.5. Kết luận
Qua việc phân tích đánh giá hiệu quả của các phương pháp lựa chọn ta
có thể nêu ra những nhận xét sau đây:
- Nếu xét trong một công trình tương đối lớn thì hệ thống chiller và hệ VRV
thường được sử dụng để lắp đặt do yếu tố thẩm mỹ và khả năng tự động hóa cao. Tuy
nhiên khi so sánh hiệu quả sử dụng điện thì hai hệ này có hiệu quả thấp hơn so với hệ
hai mảnh.
- Điện năng tiêu tốn cho hệ thống chiller là cao nhất so với hai hệ thống còn lại.
Do điện năng tiêu tốn cho một đơn vị công suất lạnh lớn.
- Đối với những công trình có công suất vừa và nhỏ thì khi lắp đặt thì nên sử
dụng hệ thống điều hòa hai mảnh bởi những lý do sau đây:
+ Máy điều hòa hai mảnh thường có công suất lạnh trung bình và nhỏ, thích
hợp với công trình.
+ Hiệu quả sử dụng điện tốt hơn so với các hệ thống điều hòa khác.
+ Đối với công trình nhỏ thi số lượng máy lắp đặt ít nên việc điều chỉnh công
suất lạnh tương đối dễ dàng thông qua remote.
Tóm lại việc lựa chọn các phương án cho một công trình là một việc làm
tương đối phức tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giá thành lắp đặt, khả
năng hoàn vốn, điện năng tiêu thụ, yêu cầu về độ thẩm mỹ vv... Tuy nhiên phân
tích và đánh giá hiệu quả sử dụng điện của các hệ thống là một yếu tố quan
trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ tiêu về kinh tế khi vận hành các hệ thống điều
hòa.
2.3. TÁI TUẦN HOÀN KHÔNG KHÍ VÀ HỒI NHIỆT KHÍ TƯƠI
Để tâij dụng nhiệt không khí thải trong điều hòa không khí có thể thực hiện

bằng nhiều giải pháp, nhưng có hai giải pháp thường được sử dụng nhiều nhất là:
1- Tái tuần hoàn không khí thải. Lượng khí tái tuận hoàn chiếm khoảng 90%
lưu lượng tổng.
2- Hồi nhiệt giữa không khí tươi và gió thải.
Dưới đây chúng tôi sẽ tiến hành đánh giá hiệu quả của các phương án đó.
2.3.1 Tái tuần hoàn không khí
2.3.1.1. So sánh sơ đồ thẳng và sơ đồ tái tuần hoàn
Khi thiết kế hệ thống điều hòa không khí người ta thường sử dụng sơ đồ thẳng
hoặc sơ đồ tái tuần hoàn. Vậy sơ đồ thẳng và sơ đồ tái tuần hoàn là gì, ưu nhược điểm
của mỗi sơ đồ như thế nào ? Để làm rỏ các vấn đề này ta so sánh sự khác nhau giữa sơ
đồ thẳng và sơ đồ tái tuần hoàn. Sự khác nhau đó được thể hiện qua bảng 2.5 dưới đây
20


Bảng 2-7: Bảng so sánh sơ đồ thẳng và sơ đồ tái tuần hoàn
Sự khác nhau
Hiệu quả
Cấu tạo thiết bị

Phạm vi ứng dụng

Thiết bị

Sơ đồ thẳng
Không tận dụng nhiệt gió
thải
Không có buồng hòa
trộn không khí và hệ thống
kênh hồi gió, miệng hút
Khi đầu tư kênh gió hồi

tốn kém, khó thực hiện
hoặc có nhiều chất độc
Đòi hỏi năng suất lạnh
Qo, năng suất gió V và
năng suất làm khô lớn

Sơ đồ tái tuần hoàn
Tận dụng gần 90% nhiệt
gió thải
Có buồng hòa trộn, kênh
hút, miệng thổi
Sử dụng phổ biến

Năng suất lạnh, năng suất
gió và năng suất làm khô
giảm nên giảm chi phí

Hình 2-7: Biểu diễn sơ đồ tái tuần hoàn
* Tính toán sơ đồ thẳng
- Năng suất gió:
QT
WT
G=
=
IT − IV dT − d V

(2-3)

- Năng suất lạnh yêu cầu của máy :
Q o1 = G.(I N − I O ) = Q T .

I N −IO
IT − I V

(2-4)

- Năng suất làm khô:
Wo1 = G.(d N −d O ) = WT .
* Tính toán sơ đồ tuần hoàn một cấp
- Năng suất gió:

21

d N −d O
dT − dV

(2-5)


G=

QT
WT
=
IT − IV dT − d V

(2-6)

- Năng suất lạnh yêu cầu của máy :
Q o 2 = G.(I C −I O ) = Q T .

I C −I O
IT − IV

(2-7)

- Năng suất làm khô:
Wo 2 = G.(d C −d O ) = WT .

d C −d O
dT − dV

* Mức độ giảm năng suất lạnh và năng suất làm khô
- Mức độ giảm năng suất lạnh yêu cầu của máy :
I −I
∆Q o = G.(I N −I C ) = Q T . N C
IT − IV

(2-8)

(2-9)

- Mức độ giảm năng suất làm khô:
∆Wo = G.(d N −d C ) = WT .

d N −d C
dT − dV

(2-10)

2.3.1.2. Đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng của hai phương án
Để đánh giá hiệu quả tiết kiệm, chúng ta tính toán cho trường hợp.
- Không khí ngoài trời có trạng thái N (tN = 350C, φN = 85%);
- Không khí trong phòng có trạng thái T (tT = 200C, φT= 75%);
- Trạng thái hòa trộn C có nhiệt độ sau quá trình hòa trộn tC = 240C.
- Không khí sau khi ra khỏi thiết bị xử lý không khí có trạng thái V (t V = 15 0C,
φT= 95%).
Xác định các thông số:
Bảng 2-8: Bảng các thông số các số điểm nút
Trạng thái
N
T
C
O ≡ V

t, oC
35
20
24
15

ϕ, %
85
75
95

I, kJ/kg
115
55,5
68,6

34,5

d, g/kg
31,4
11,2

Bảng xác định mức độ tiết kiệm năng lượng của hai phương án
Xác định tỷ số :
I N − I C 115 − 68,6 46,4
=
=
= 2,21
I T − I V 55,5 − 34,5
21
I N −I O 115 − 34,5 80,5
=
=
= 3,83
I T − I V 55,5 − 34,5
21
Bảng 2-9: Xác định lượng nhiệt tiết kiệm khi hồi nhiệt
22


QT
Qo
∆Qo

Ton
Ton

Ton
%

50
192
110

100
383
221

150
575
331

200
250
767
958
442
552
58 %

300
1150
663

350
1342
773

400
1533
884

QT- Nhiệt thừa, Ton.
Qo – Năng suất lạnh yêu cầu của máy khi sử dụng sơ đồ thẳng, Ton
∆Qo – Mức độ giảm năng suất lạnh yêu cầu khi có tái tuần hoàn không khí, Ton.

Hình 2-8: Mức độ giảm năng suất lạnh ∆Qo khi có tái tuần hoàn
Từ đồ thị trên ta thấy được nếu sử dụng sơ đồ thẳng thì mất rất nhiều nhiệt để
làm lạnh không khí.
2.3.1.3. Nhận xét
- Sơ đồ thẳng thường được sử dụng khi hàm lượng chất độc hại trong không khí
thải nhiều, giá thành lắp đặt rẽ do không có hệ thống kênh gió hồi. Tuy nhiên sơ đồ
thẳng không tận dụng được nhiệt của không khí thải nên hiệu quả kinh tế rất thấp.
- Sơ đồ tái tuần hoàn thì hiệu quả kinh tế trong vận hành cao do tận dụng nhiệt
của không khí thải, nhưng giá thành lắp đặt cao hơn so với sơ đồ thẳng, bởi phải thiết
kế hệ thống kênh gió hồi.
2.3.2. Hồi nhiệt cho không khí tươi
Gió tươi lấy từ bên ngoài trời trực tiếp cung cấp vào phòng, nếu không qua hồi
nhiệt sẽ mang vào một lượng nhiệt rất lớn. Không khí bên ngoài có lúc nhiệt độ đạt
38oC, trong khi gió thải có nhiệt độ bằng không khí trong phòng khoảng 22 oC, nếu cho
hồi nhiệt, nhiệt độ không khí tươi có thể giảm 8-10oC và nhiệt lượng tận dụng rất lớn.

23


H.E

F.A.L

E.A.L
F.A.D

E.A.G

Hình 2-9: Sơ đồ hồi nhiệt khí tươi
F.A.L (Fresh Air Louvre): Miệng hút gió tươi
F.A.D (Fresh Air Diffuser): Miệng cấp gió tươi
E.A.G (Exhaust Air Grill): Miệng hút gió thải
E.A.L (Exhaust Air Louvre): Miệng thổi gió thải
H.E (Heat Exchanger) : Thiết bị hồi nhiệt.
Lượng gió tươi có thể tính toán theo số lượng người hoặc có thể lấy 10% lưu lượng
tổng. Chúng ta xác định mức tiết kiệm năng lượng khi hồi nhiệt theo số lượng người
và năng suất lạnh Qo.
2.3.2.1 Xác định lượng nhiệt tiết kiệm theo số lượng người
1- Lưu lượng gió tươi cần cung cấp cho n người trong một giờ:
v
V N = n. CO 2 , m3/h
(2-11)
β−a
trong đó:
- VCO2 là lượng CO2 do 01 người thải ra trong 1 giờ, m3/h.người;
- β Nồng độ CO2 cho phép, % thể tích. Thường chọn β = 0,15%;
- a Nồng độ thể tích của CO 2 có trong không khí bên ngoài môi trường, % thể
tích. Thường người ta chọn a=0,03%;
- VN : Lượng không khí tươi cần cung cấp cho 1 người trong 1 giờ, m3/h.người.
Lượng CO2 do một người thải ra phụ thuộc vào cường độ lao động, nên V N
cũng phụ thuộc vào cường độ lao động.

Bảng 2-10: Lưu lượng gió tươi theo số lượng người, m3/h
Vận động

VCO2
m3/h.ng

25

50

Số lượng người, người
75
100
125
150
24

175

200


Nghỉ ngơi
Rất nhẹ
Nhẹ
Trung bình
Nặng

0,013
0,022

0,030
0,046
0,074

271
458
625
958
1542

542
917
1250
1917
3083

813
1375
1875
2875
4625

1083
1833
2500
3833
6167

1354
2292

3125
4792
7708

1625
2750
3750
5750
9250

1896
3208
4375
6708
10792

2167
3667
5000
7667
12333

Hình 2-10: Lưu lượng gió tươi theo số lượng người và cường độ vận động
VN = f (n, vận động)
2- Nhiệt lượng tiết kiệm
Trạng thái không khí bên ngoài trời 36oC và độ ẩm 70%. Không khí được hồi
nhiệt và nhiệt độ giảm ∆t = 2, 4, 6, 8 và 10oC, cường độ vận động của con người ở
mức trung bình. Nhiệt lượng tiết kiệm được xác định:
Q = VN.ρKK.( IN - IHN )

(2-12)

Bảng 2-11 : Công suất nhiệt tiết kiệm nhờ hồi nhiệt Q, kW
∆t, oC
2
4
6
8
10

25
0,64
1,28
1,92
2,56
3,19

50
1,3
2,56
3,83
5,11
6,39

75
1,9
3,83
5,75
7,67
9,58

Số lượng người
100
125
2,6
3,2
5,11
6,39
7,67
9,58
10,22 12,78
12,78 15,97

25

150
3,8
7,67
11,50
15,33
19,17

175
4,5
8,94
13,42
17,89
22,36

200

5,1
10,22
15,33
20,44
25,56


Hình 2-11: Công suất nhiệt tiết kiệm nhờ hồi nhiệt cho gió tươi Qo= f(∆t, n)
Từ kết quả tính toán chúng ta có thể nhận thấy nhiệt lượng tiết kiệm nhờ hồi nhiệt
rất lớn, nếu làm lạnh khí tươi cung cấp khoảng 8oC thì với phòng có khoảng 100 người
có thể tiết kiệm được trên 10 kW.
2.3.2.2 Xác định lượng nhiệt tiết kiệm theo năng suất lạnh
Theo sơ đồ tuần hoàn một cấp ta có thể xác định được lưu lượng gió tổng cung cấp
vào phòng như sau:
- Lưu lượng gió tổng tính theo năng suất lạnh Qo:
QO
G=
, kg/s
(2-13)
I C −IO
- Lưu lượng gió tươi lấy a % lưu lượng gió tổng:
QO
G N = a%
(2-14)
IC −IO
- Tổng lượng nhiệt tiết kiệm được tính theo năng suất lạnh:
QO
Q = G N .(I N − I HN ) = a %
(I N − I HN )
(2-15)

I C −IO
Bảng 2-12 : Công suất nhiệt tiết kiệm tính theo năng suất lạnh, Ton
Tỷ lệ
a%
Q,
Ton

7%
10%
12%
15%

50
2,1
2,9
3,5
4,4

100
4,1
5,9
7,0
8,8

150
6,2
8,8
10,6
13,2

26

Qo, Ton
200
250
8,2
10,3
11,7
14,7
14,1
17,6
17,6
22,0

300
12,3
17,6
21,1
26,4

350
14,4
20,5
24,6
30,8

400
16,4
23,5
28,2

35,2


Hình 2-12: Công suất nhiệt tiết kiệm tính theo năng suất lạnh, Ton
Từ kết quả tính toán trên bảng 2-12 và hình 2-11 cho thấy, tỷ lệ % nhiệt tiết kiệm
khi hồi nhiệt so với tổng công suất lạnh khi lưu lượng gió tươi cấp vào lấy theo tỷ lệ %
lưu lượng gió tổng 7, 10, 12 và 12% lần lượt là : 4,1 ; 5,9; 7 và 8,8% năng suất lạnh
của tổ máy. Đây là một tỷ lệ tiết kiệm được khá lớn và hoàn toàn khả thi cần phải thực
hiện khi thiết kế các hệ thống điều hòa không khí.
Thông thường tỷ lệ gió tươi trên lượng gió tổng cấp vào phòng là 10%, tùy thuộc
vào loại phòng có chứa nhiều hay ít người. Với tỷ lệ này lượng

Hình 2-13: Tỷ lệ tiết kiệm ς =

27

∆Q o
.100%
Qo


Từ đồ thị ta có thể nêu một số nhận xét sau:
- Khi lượng người trong phòng càng nhiều và cùng một cường độ vận động
thì tổn thất nhiệt càng lớn.
- Cường độ vận động càng nhiều, lượng không khí cần cung cấp cho quá trình
hoạt động trong 1h lớn, dẫn đến nhiệt lượng do không khí tươi mang vào phòng càng
nhiều. Tổn thất nhiệt càng lớn.
Từ những phân tích trên ta thấy rằng việc thực hiện hồi gió cho không khí tươi
là một việc làm hết sức cần thiết để giảm tổn thất nhiệt năng do không khí tươi mang
vào phòng, tức là giảm quá trình nhận nhiệt thừa, thông qua đó làm giảm quá trình xử

lý không khí, tiết kiệm được điện năng tiêu tốn cho hệ thống trong quá trình vận hành.
2.3.2.3 Kết luận
- Lượng khí tươi cung cấp cho các công trình là rất lớn, việc hồi nhiệt hoặc tái
tuần hoàn không khí là vô cùng quan trọng không những tiết kiệm năng lượng rất
đáng kể mà còn tránh làm thay đổi nhiệt độ trong phòng.
- Nhiệt độ của hỗn hợp sau quá trình hòa trộn càng cao thì lượng nhiệt tận dụng
được từ không khí hồi thấp. Làm cho năng suất lạnh và năng suất làm khô của thiết bị
xử lý không khí tăng, thiết bị càng tiêu tốn điện năng.
- Tuy nhiên nhiệt độ càng thấp thì chất lượng của không khí sau quá trình xử lý
không tốt, do vậy nên cần nên lựa chọn thích hợp trạng thái của không khí sau khi ra
khỏi buồng hòa trộn để đảm bảo chỉ tiêu tiết kiệm năng lượng và chất lượng không khí
sau quá trình xử lý.
2.4. GIẢM NHIỆT ĐỘ NGƯNG TỤ CỦA HỆ THỐNG
2.4.1 Các nguyên nhân làm tăng nhiệt độ ngưng tụ
Nhiệt độ ngưng tụ của các hệ thống điều hòa không khí tăng do rất nhiều
nguyên nhân về thiết kế, lắp đặt và cả vận hành nữa.
2.4.1.1. Môi chất giải nhiệt
Các máy điều hòa được chia ra làm 2 loại giải nhiệt bằng gió (air cooled ) và
giải nhiệt bằng nước (water cooled). Giải nhiệt bằng nước chỉ có đối với máy lớn và
chỉ có hai chủng loại có sử dụng loại này là máy water chiller và máy điều hòa dạng
tủ.
Giải nhiệt bằng nước bao giờ cũng hiệu quả hơn do nhiệt độ thấp hơn và tính
chất nhiệt động của nước tốt hơn. Vì thế nên chọn giải nhiệt bằng nước nếu có thể
được.
Đối với các máy giải nhiệt bằng gió sử dụng các môi chất R 22 , R404A và
R407C vào những ngày nắng nóng nhất, chẳng hạn nhiều vùng ở miền Trung có thể
đạt 38oC nhiệt độ ngưng tụ đạt 45 oC, áp suất ngưng tụ tương ứng đều vượt điểm tác
28

động của rơ le áp suất cao HP là 17,5 at, cá biệt R404A đạt 20,9 at vượt cả giá trị tác
động của van an toàn 19,5 at (xem bảng 2-13)
Bảng 2-13: Áp suất ngưng tụ của máy ở những ngày nắng gắt
Môi chất
Pk ứng với tk = 45oC

R22
17,6 at

R404A
20,9 at

R407C
17,6 at

Vì thế sử dụng hệ thống giải nhiệt bằng nước vẫn là giải pháp tốt nhất.
2.4.1.2. Lắp đặt dàn nóng không hợp lý
Việc lắp đặt dàn nóng không đúng có thể dẫn đến làm tăng nhiệt độ ngưng tụ.
Các trường hợp thường gặp.
1. Tránh lắp trên các bước tường phía Đông và Tây
Đây là những hướng có cường độ bức xạ nhiệt lớn, dẫn đến làm nóng dàn
ngưng và tăng nhiệt độ ngưng tụ.
2. Gió nóng của các dàn ảnh hưởng qua lại lẫn nhau.
Các trường hợp nên tránh là : thổi ngược chiều nhau, thổi thẳng nhau
Trên thực tế có rất nhiều trường hợp các thợ lắp đặt điều hòa lắp dàn nóng
không đúng theo tiêu chuẩn kỹ thuật, dưới đây là một số trường hợp bố trí chưa hợp
lý.

a). Dàn sau thổi vào dàn trước
b). Các dàn thổi vào nhau

Hình 2-14: Vị trí lắp đặt không đúng

Hình 2-15: Vị trí lắp đặt không đúng

29


Hình 2-16: Lắp đặt dàn nóng hợp ly
Từ các hình 2-16 cho thấy nếu đặt vị trí các dàn nóng không đúng thì sẽ dẫn
dến sự tương tác qua lại giữa các dàn nóng với nhau: Đặt các dàn nóng song song nhau
trên cùng một đường thẳng thì gió nóng ở dàn sau sẽ thổi vào dàn trước, đặt các dàn
nóng hướng vào nhau thì gió nóng của dàn này thổi vào dàn kia và ngược lại. Những
vị trí lắp đặt xấu điều làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt của dàn nóng giảm, năng suất
lạnh giảm, tăng điện năng tiêu tốn cho hệ thống.
Các đặt hợp lý là đặt ngang hàng , trong bóng râm và thổi ra ngoài. Trường hợp
sử dụng dàn ngưng thổi lên, có thể đặt trên nóc nhà.

Hình 2-17: Khoảng cách qui định giữa dàn nóng với xung quanh
30


3. Gió thoát ra từ các dàn nóng bị ngăn cản bởi các vật chắn phía trước.
Người ta đã qui định khoảng cách từ dàn nóng đên các vật chắn gần nhất theo
các hướng nhằm đảm bảo thoát gió, hút gió và lắt đặt đường ống hoặc tiện lợ khi bảo
dưỡng.

Hình 2-18: Bố trí lắp đặt dàn nóng
4. Lắp đặt dàn nóng ở những vị trí đặc biệt
Ví dụ như:
- Lắp đặt ở những nơi quá cao không thể vệ sinh và bảo dưỡng định kỳ:

- Lắp đặt nơi có gió thải nóng của các hệ thống khác: khói lò hơi, khói nhà bếp
vv…
- Lắp đặt nơi bụi bẩn quá nhiều làm dàn chóng bẩn: Ví dụ bên ngoài tường ven
đường xe ô tô chạy qua lại, nơi thải bụi của các nhà máy vv…
- Lắp đặt nơi quá chật hẹp, gió nóng không thể đối lưu và thoát ra ngoài.
- Lắp đặt trong không gian kín không thoát gió.
2.4.1.3. Có lẫn khí không ngưng trong hệ thống
Khí không ngưng lọt vào hệ thống do các nguyên nhân sau:
- Hút chân không hoặc đuổi không hết khí khi lắp đặt.
- Do cháy dầu máy nén.
Do đó trước khi nạp gas cần dùng N 2 để kiểm tra rò rỉ và dùng bơm hút chân
không thật kỹ để không còn khí không ngưng.

31


Hình 2-19: Thử kín và hút chân không máy điều hòa
2.4.2. Đánh giá mức độ ảnh hưởng pk đến hiệu quả máy ĐHKK
Ở trên chúng ta đã phân tích các nguyên nhân làm cho áp suất ngưng tụ tăng cao.
Nguyên nhân thì rất nhiều, nhưng hậu quả về mặt năng lượng thì đều giống nhau là
làm giảm hiệu quả hoạt động của hệ thống. Bây giờ chúng ta xác định, khi áp suất
ngưng tụ thay đổi thì hiệu quả năng lượng của hệ thống giảm bao nhiêu.
2.4.2.1 Chu trình lạnh
Đối với tất cả các máy điều hòa do nhiệt độ làm lạnh thường không thấp lắm
nên người ta chỉ sử dụng máy nén một cấp để làm lạnh không khí hoặc chất tải nhiệt.
Môi chất lạnh chủ yếu là frêôn và chu trình làm việc với một độ quá nhiệt và quá lạnh
nhất định nào đó.

32

Hình 2-20: Chu trình lạnh
- Công nén riêng :
l = i2 – i1 , kJ/kg
- Năng suất lạnh riêng:
q0 = i1 – i4 , kJ/kg
- Nhiệt ngưng tụ riêng:
qk = i2 – i3 , kJ/kg
- Hệ số lạnh của chu trình:
q
i −i
ε= o = 1 4
l
i 2 − i1

(2-16)
(2-17)
(2-18)

(2-19)

2.4.2.2 Sự thay đổi hệ số lạnh khi tăng nhiệt độ ngưng tụ
Để đánh giá mức độ thay đổ của hệ số lạnh của các hệ thống khi nhiệt độ ngưng
tụ thay đổi chúng ta tiến hành tính toán cho các môi chất R12, R22, R404A và R407C.
1. Sự thay đổi hệ số lạnh khi nhiệt độ tk tăng của R12
Bảng 2-14: Hệ số lạnh ε R12
to, oC
-15
- 10
-5

0

30
4,7
5,51
6,54
7,93

Nhiệt độ ngưng tụ tk, oC
35
40
4,11
3,62
4,76
4,15
5,57
4,8
6,61
5,62

33

45
3,2
3,64
4,18
4,84


Hình 2-21: Sự thay đổi của hệ số lạnh môi chất R12

2. Sự thay đổi hệ số lạnh khi nhiệt độ tk tăng của R22
Bảng 2-15: Hệ số lạnh ε R22
to, oC
-15
- 10
-5
0

30
4,66
5,45
6,47
7,84

Nhiệt độ ngưng tụ tk, oC
35
40
4,07
3,58
4,71
4,10
5,51
4,74
6,54
5,55

45
3,17
3,61
4,13

4,77

Hình 2-22: Sự thay đổi của hệ số lạnh môi chất R22

34


3. Sự thay đổi hệ số lạnh khi nhiệt độ tk tăng của R407C
Bảng 2-16: Hệ số lạnh ε R407C
o

to, C
-15
- 10
-5
0

30
4,54
5,32
6,33
7,68

Nhiệt độ ngưng tụ tk, oC
35
40
3,93
3,42
4,55
3,93

5,34
4,56
6,36
5,35

45
2,98
3,41
3,92
4,54

Hình 2-23: Sự thay đổi của hệ số lạnh môi chất R407C
2.4.2.3 Sự thay đổi năng suất lạnh khi tăng nhiệt độ ngưng tụ
Bảng 2-17: Năng suất lạnh riêng qo, kJ/kg
Môi
chất
R12
R22
R407C

30
116
162
168

Nhiệt độ ngưng tụ tk, oC
35
40
45
111

106
101
156
150
143
159
150
141

35