Nghiên cứu xây dựng phương pháp tính toán tích trữ băng băng trong hệ thống điều hòa không khí để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------------

LÊ KIM TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU – XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP
TÍNH TOÁN TÍCH TRỮ BĂNG TRONG HỆ
THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ĐỂ NÂNG
CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯNG

Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT
Mã Số Ngành : 60.52.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 07 Năm 2004


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS HOÀNG ĐÌNH TÍN ............................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1: ..................................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2: ..................................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC
SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỌC BÁCH KHOA, ngày …….. tháng ……… năm 2004


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày …….. tháng …….. năm 2004
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ KIM TRƯỜNG
Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 10 - 12 – 1977
Nơi sinh: Quảng Nam
Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt
MSHV: CNNH13.010
I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU – XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TÍCH
TRỮ BĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ĐỂ NÂNG CAO HIỆU
QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯNG.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Đánh giá tổng quan vai trò tích trữ lạnh trong hệ thống điều hòa không khí.
2. Nêu các phương pháp và thiết bị yêu cầu của vấn đề tích trữ băng.
3. Xây dựng phương pháp tính toán tích trữ băng cho hệ thống điều hòa không khí.
4. Đánh giá điều kiện khí hậu khu vực công trình điều hòa không khí và khả năng sử dụng các
sơ đồ tích trữ băng trong điều kiện khí hậu việt nam.
5. Đánh giá tính kinh tế của việc tích trữ băng trong điều kiện chính sách năng lượng của Việt
Nam.

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký Quyết định giao đề tài) :................................................
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: .....................................................................................
V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm và học vị): .................................
PGS.TS. HOÀNG ĐÌNH TÍN ......................................................................................................
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

PGS.TS. HOÀNG ĐÌNH TÍN PGS.TS. LÊ CHÍ HIỆP

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS. LÊ CHÍ HIỆP

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Ngày tháng năm 2004
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


i

LỜI CÁM ƠN

Trước hết, tôi xin tỏ lòng biết ơn chân thành đối với PGS.TS. HOÀNG ĐÌNH
TÍN, người thầy đã dìu dắt tôi trong những bước đầu nghiên cứu khoa học. Nhờ sự
hướng dẫn tận tình cũng như sự động viên, khích lệ của thầy những lúc khó khăn, tôi
mới hoàn thành được luận văn này.

Con xin cảm ơn ba mẹ và mọi người trong gia đình đã hỗ trợ cho con cả về tinh
thần lẫn vật chất để con hoàn thành luận văn.
Tôi xin cảm ơn PGS.TS. LÊ CHÍ HIỆP VÀ TS. NGỄN THẾ BẢO đã cung
cấp tài liệu và cho những lời khuyên quý báu trong khi tôi thực hiện luận văn này.
Tôi cũng xin cám ơn quý thầy cô trong bộ môn Nhiệt – Lạnh và trong khoa Cơ Khí
- Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, truyền đạt những kiến
thức quý báu trong thời gian tôi làm luận văn cũng như những năm học qua.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ và động viên tôi
trong những lúc khó khăn cũng như cung cấp một số thông tin bổ ích để tôi hoàn
thành luận văn.
Tôi xin cảm ơn quý thầy cô phòng Sau Đại Học đã giúp đỡ tôi về vấn đề học
vụ, thủ tục trong thời gian học.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn quý thầy cô trong Hội đồng chấm luận văn đã dành
thời gian quý báu để đọc luận văn và cho các nhận xét xác đáng và bổ ích.

Kính chào,
LÊ KIM TRƯỜNG


ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu về tích trữ lạnh cho hệ thống điều hòa không khí và các xí nghiệp
công nghiệp đã được các nước công nghiệp phát triển quan tâm rất sớm nhằm giảm
chi phí năng lượng cho sản xuất, giảm áp lực đối với nguồn và lưới điện quốc gia.
Công nghiệp và đời sống càng phát triển thì nhu cầu về điện càng tăng, đặc biệt
là giờ cao điểm. Việc xây dựng các nhà máy điện mới không đáp ứng kịp, áp lực rất
cao đối với lưới điện vào giờ cao điểm, hệ thống nguồn năng lượng vận hành với
hiệu suất thấp, do đó tích trữ lạnh cho hệ thống điều hòa không khí là một trong

những biện pháp khắc phục các vấn đề trên.
Trong tương lai khi Việt Nam hội nhập WTO thì các vấn đề trên cũng phải có
biện pháp giải quyết.
Hiện nay, nhiều tài liệu đề cập đến vấn đề này nhưng phân tán, chưa có sự sắp
xếp hệ thống lại để phục vụ cho điều kiện ứng dụng ở Việt Nam. Để đáp ứng với
nhu cầu này ở Việt Nam, trong luận văn chúng tôi tập hợp, chỉnh lý và hệ thống hóa
thành: “phương pháp từ khảo sát, tính toán hệ thống thiết bị cho điều hoà không
khí”, khảo sát đánh giá kinh tế để thuận tiện trong sử dụng ở Việt Nam.
Trong luận văn, chúng tôi cũng phân tích có hệ thống đặc điểm của các phương
thức tích trữ băng, thiết bị sử dụng, cách bố trí sơ đồ hệ thống và phương thức vận
hành để có lợi nhất.


iii

Từ đây xây dựng phương pháp khảo sát và tính toán hệ thống tích trữ lạnh cho
công trình một cách toàn diện để đưa ra chọn phương án sử dụng ở Việt Nam
Tính tích trữ lạnh cho hệ thống điều hòa không khí là một vấn đề phức tạp vì
ngoài lựa chọn cấu trúc, bố trí thiết bị, chọn phương án vận hành còn chịu ảnh hưởng
của điều kiện thời tiết. Do đó, phương pháp chúng tôi xây dựng chỉ là nền tảng cơ
bản, khi đi vào điều kiện cụ thể cần phải bổ sung thêm một số vấn đề chi tiết.
Trên cơ sở xây dựng phương pháp khảo sát và tính toán tích trữ lạnh cho hệ
thống điều hòa không khí, chúng tôi còn lập trình tính toán cơ bản để làm cơ sở cho
việc tính toán nhanh các vấn đề khảo sát.


iv

ABSTRACT
The research on the cooling energy storage for air conditioning system and

industrial factories have been a great interest of developed countries in early for
reducing power cost of manufacturing, power pressure of

the power source

National Grid.
The more industry and life develop, the more power demand increases,
especially in peak period. Speed of building new power plants isn’t enough to keep
with high pressure in peak period of the National Grid, the operating of power
source system with inefficiency, therefore, the cooling energy storage for air
conditioning system is one of solutions to solve the problems.
Viet Nam is on the way to integrate WTO , the above problems must be solved.
There are now many document sources which has been concerned with the
problems, but they are desultory, not yet arranged systematically to supply
VietNam’s situations. For solving this demand of VietNam, in this thesis we
assembled all related documents, adjusted and systematized them such as: “The
equipment system analysis and calculation method for air conditioning system”, the
analysis and appreciating about economic for easy using in VietNam.
In the thesis we also systematically analyzed characters of cooling energy
storage modes, using equipments, arrangement styles of system diagrams and the
most useful operating modes .


v

Then we built the cooling energy storage system analysis and calculation method
for air conditioning system perfectly to conclude the application choice styles in
VietNam.
The cooling energy storage calculation for air conditioning system is complex as
not only selecting structures, equipment arrangement, operation modes, but also

considering effects of the weather condition. Because the built method is only basic
knowledge so as you have detail datas, you should add some details.
To Base on building: “The cooling energy storage calculation method for air
conditioning system”, we also established a basic calculation program to perform
faster the surveyed matters.


vi

MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
CHƯƠNG 1: ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VAI TRÒ TÍCH TRỮ
LẠNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ......................4
1.1. Tình hình sử dụng năng lượng hiện nay trong hệ thống điều hòa
không khí và những chính sách năng lượng của nhà nước ..............................4
1.2. Tiềm năng và xu hướng phát triển của tích trữ lạnh trong hệ
thống điều hòa không khí................................................................................5
1.3. Vai trò và ý nghóa của tích trữ lạnh trong điều hòa không khí........................5
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ YÊU CẦU .................................7
2.1. Những phương pháp có thể tích trữ .................................................................7
2.1.1. Nguyên lý làm việc...................................................................................7
2.1.2. Các phương pháp tích trữ băng ...............................................................10
2.2. Đánh giá tính khả thi và lựa chọn thiết bị phù hợp .......................................12
2.2.1. Lãnh chất bốc hơi trực tiếp .....................................................................12
2.2.1.1. Thiết bị tích băng dạng tónh .............................................................12
2.2.1.2. Thiết bị tích băng dạng động............................................................17
2.2.1.3. Thiết bị tích băng dạng nổi ..............................................................20
2.2.2. Dạng chất tải lạnh tuần hoaøn ..................................................................22

vii

2.2.2.1. Phương pháp đông kết băng trên dàn lạnh.......................................23
2.2.2.2. Phương thức kết băng trong dung dịch .............................................25
CHƯƠNG 3: ĐỒ THỊ PHỤ TẢI VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP
TÍNH TÍCH TRỮ BĂNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA
KHÔNG KHÍ .......................................................................................29
3.1. Đặt vấn đề .....................................................................................................29
3.2. Sơ đồ bố trí thiết bị và phương thức vận hành...............................................31
3.2.1. Sơ đồ bố trí thiết bị và đặc điểm .............................................................31
3.2.1.1. Sơ đồ mắc song song ........................................................................31
3.2.1.2. Sơ đồ mắc nối tiếp............................................................................32
3.2.2. Phương thức vận hành.............................................................................34
3.2.2.1. Phương thức vận hành ưu tiên tổ máy lạnh ......................................35
3.2.2.2. Phương thức vận hành ưu tiên bộ tích trữ băng ................................36
3.2.2.3. Phương thức vận hành hổn hợp ........................................................37
3.3. Xác định dung lượng thiết bị tích trữ .............................................................41
3.3.1. Tích trữ toàn phần ...................................................................................41
3.3.2. Tích trữ một phần....................................................................................42
3.3.2.1. Ưu tiên tổ máy ..................................................................................42
3.3.2.2. Ưu tiên bộ tích trữ băng....................................................................43
3.4. Ví dụ phân tích thực tế thiết kế hệ thống tích trữ băng điều hòa không khí 43
3.4.1. Vận hành theo tích trữ toàn phần............................................................47
3.4.2. Vận hành theo tích trữ một phần ............................................................49
3.4.2.1. Ưu tiên bộ tích trữ băng....................................................................49


viii

3.4.2.2. Ưu tiên tổ máy lạnh..........................................................................53
3.5. Xây dựng phương pháp tính tích trữ băng cho hệ thống điều hòa
không khí ......................................................................................................57
3.5.1. Sự phân bố giá điện ................................................................................57
3.5.2. Phương pháp đánh giá kinh tế các phương án tích trữ băng
trong điều hòa không khí .......................................................................58
3.5.2.1. Phương pháp đánh giá trên tình trạng tónh .......................................59
3.5.2.2. Phương pháp đánh giá trên tình trạng động .....................................60
3.5.3. Phân tích khả năng thực hiện phương án tích trữ băng trong điều
hòa không khí .........................................................................................60
3.5.3.1. Nắm rõ sự phân bố phụ tải lạnh công trình ......................................60
3.5.3.2. Lựa chọn thiết bị tích băng...............................................................61
3.5.3.3. Tính toán đầu tư sơ bộ hệ thống tích trữ băng..................................62
3.5.3.4. Tính toán phí dùng điện vận hành....................................................64
3.5.3.5. Chỉ tiêu đánh giá kinh tế hệ thống điều hòa không khí
có tích băng.......................................................................................66
CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU ĐỐI VỚI CÔNG
TRÌNH ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CÓ TÍCH BĂNG ..........................70
4.1. Tổng quan vấn đề ..........................................................................................70
4.2. Khí hậu Việt Nam .........................................................................................71
CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ - KỸ THUẬT TÍCH TRỮ BĂNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ................................81


ix

5.1. Tính toán kỹ thuật .........................................................................................83
5.1.1. Vận hành theo tích trữ toàn phần............................................................83
5.1.2. Vận hành theo tích trữ một phần ............................................................85
5.1.2.1. Ưu tiên bộ tích trữ băng....................................................................85

5.1.2.2. Ưu tiên tổ máy lạnh..........................................................................89
5.1.2.3. Phương thức vận hành hổn hợp ........................................................93
5.2. Tính toán kinh tế ...........................................................................................96
5.2.1. Phương án vận hành truyền thống ..........................................................96
5.2.2. Phương án tích trữ toàn phần ..................................................................97
5.2.3. Phương án tích trữ một phần ưu tiên bộ tích trữ băng.............................99
5.2.4. Phương án tích trữ một phần ưu tiên tổ máy lạnh .................................101
5.2.5. Phương án tích trữ một phần vận hành hổn hợp ...................................104
5.2.6. So sánh kinh tế của các phương án điều hòa không khí .......................106
5.3. Nhận xét và kết luận ...................................................................................107
CHƯƠNG 6: PHẦN KẾT LUẬN ............................................................................109
6.1. Các kết quả đạt được ...................................................................................109
6.2. Hướng phát triển của đề tài .........................................................................110
PHỤ LỤC ................................................................................................................111
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................127


x

BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 2.1. Bảng tóm tắt các đặc tính của các loại tích trữ lạnh ..................................9
Bảng 3.1. Bảng đặc trưng của các phương thức vận hành hệ thống điều hòa
không khí tích trữ băng một phần ............................................................38
Bảng 3.2. Sự thay đổi phụ tải của công trình ...........................................................44
Bảng 3.3. Tình trạng phân phối nguồn lạnh khi hoạt động ở chế độ điều
hòa không khí .........................................................................................48
Bảng 3.4. Tình trạng phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí với
ưu tiên bộ tích trữ băng ...........................................................................49
Bảng 3.5. Bảng trình tự điều khiển giữa phụ tải và nhiệt độ khi vận hành hệ

thống ở chế độ ưu tiên bộ tích trữ băng ...................................................52
Bảng 3.6. Tình trạng phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí khi vận
hành ưu tiên tổ máy lạnh ........................................................................53
Bảng 3.7. Bảng trình tự điều khiển giữa phụ tải và nhiệt độ khi vận hành hệ
thống ở chế độ ưu tiên tổ máy lạnh .........................................................56
Bảng 4.1. Bảng tóm tắt nhiệt độ đo được ở Hà Nội .................................................72
Bảng 4.2. Bảng tóm tắt nhiệt độ đo được ở Đà Nẵng ..............................................72
Bảng 4.3. Bảng tóm tắt nhiệt độ đo được ở Tp. Hồ Chí Minh .................................73
Bảng 4.4. Bảng độ ẩm tương đối trung bình đo được ở Hà Nội,
Đà Nẵng v Tp. Hồ Chí Minh.................................................................75


xi

Bảng 5.1. Sự thay đổi phụ tải của siêu thị................................................................82
Bảng 5.2. Tình trạng phân phối nguồn lạnh khi hoạt động ở chế độ điều
hòa không khí .........................................................................................84
Bảng 5.3. Tình trạng phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí với ưu
tiên bộ tích trữ băng.................................................................................85
Bảng 5.4. Bảng trình tự điều khiển giữa phụ tải và nhiệt độ khi vận hành hệ
thống ở chế độ ưu tiên bộ tích trữ băng ..................................................88
Bảng 5.5. Tình trạng phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí khi vận
hành ưu tiên tổ máy lạnh ........................................................................90
Bảng 5.6. Bảng trình tự điều khiển giữa phụ tải và nhiệt độ khi vận hành hệ
thống ở chế độ ưu tiên tổ máy lạnh ........................................................93
Bảng 5.7. Tình trạng phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí khi vận
hành hổn hợp ...........................................................................................94
Bảng 5.8. Bảng thông số kỹ thuật và tính toán sơ bộ điều hòa không khí
phương án truyền thống ...........................................................................96
Bảng 5.9. Bảng điệnvận hành theo phương án lạnh truyền thống ...........................97

Bảng 5.10. Bảng thông số kỹ thuật và tính toán sơ bộ giá cả hệ thống điều
hòa không khí phương án tích trữ toàn phần ...........................................98
Bảng 5.11. Bảng tiêu hao điện năng hệ thống điều hòa không khí ở chế độ
tích trữ toàn phần .....................................................................................99
Bảng 5.12. Bảng thông số kỹ thuật và tính toán sơ bộ giá cả hệ thống điều
hòa không khí phương án tích trữ một phần ưu tiên bộ tích trữ ............100
Bảng 5.13. Bảng tiêu hao điện năng hệ thống điều hòa không khí ở chế độ
tích trữ một phần ưu tiên bộ tích trữ.......................................................101


xii

Bảng 5.14. Bảng thông số kỹ thuật và tính toán sơ bộ giá cả hệ thống điều
hòa không khí phương án tích trữ một phần ưu tiên tổ máy lạnh .........102
Bảng 5.15. Bảng tiêu hao điện năng hệ thống điều hòa không khí ở chế độ
tích trữ một phần ưu tiên tổ máy lạnh....................................................103
Bảng 5.16. Bảng thông số kỹ thuật và tính toán sơ bộ giá cả hệ thống điều
hòa không khí phương án tích trữ một phần vận hành hổn hợp ............105
Bảng 5.17. Bảng tiêu hao điện năng hệ thống điều hòa không khí ở chế độ
tích trữ một phần vận hành hổn hợp .....................................................105
Bảng 5.18. Bảng so sánh kinh tế của các phương án điều hòa không khí ...............107


xiii

HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1. Chu trình Carnot ngược ..............................................................................8
Hình 2.2a. Sơ đồ vận hành tích trữ băng toàn phần ..................................................11
Hình 2.2b. Sơ đồ vận hành tích trữ băng một phần – chế độ đầy tải ........................11

Hình 2.2c. Sơ đồ vận hành tích trữ băng một phần – chế độ giới hạn tải .................11
Hình 2.3a. Sơ đồ tích trữ băng nóng chảy bên ngoài dùng tác nhân lạnh trực tiếp ...13
Hình 2.3b. Sơ đồ tích trữ băng nóng chảy bên ngoài dùng chất tải lạnh ...................15
Hình 2.4. Sơ đồ tích trữ băng dạng động .................................................................18
Hình 2.5. Sơ đồ tích trữ băng dạng nổi ....................................................................20
Hình 2.6. Sơ đồ kết đông đá trên dàn lạnh nóng chảy bên trong ............................23
Hình 2.7. Sơ đồ kết băng trong dung dịch ...............................................................26
Hình 3.1. Sơ đồ mắc song song ...............................................................................32
Hình 3.2. Sơ đồ mắc nối tiếp tổ máy bố trí trước.....................................................33
Hình 3.3. Sơ đồ mắc nối tiếp tổ máy bố trí sau .......................................................34
Hình 3.4. Sơ đồ vận hành ưu tiên tổ máy lạnh ........................................................36
Hình 3.5. Sơ đồ vận hành ưu tiên hầm băng............................................................37
Hình 3.6. Sơ đồ vận hành hổn hợp ..........................................................................38
Hình 3.7. Đồ thị phụ tải của siêu thị........................................................................40
Hình 3.8. Đồ thị phụ tải của cung thể dục, kịch trường ...........................................40
Hình 3.9. Đồ thị phụ tải của tòa nhà văn phòng ......................................................40
Hình 3.10. Đồ thị phụ tải của khách sạn lớn..............................................................40


xiv

Hình 3.11. Đồ thị phụ tải của tòa nhà chiêu đãi ........................................................40
Hình 3.12. Đồ thị phụ tải của tòa nhà vận hành nhiều chức năng.............................40
Hình 3.13. Đồ thị phụ tải của nhà hàng lớn ...............................................................41
Hình 3.14. Đồ thị phụ tải của xí nghiệp làm việc 3 ca ..............................................41
Hình 3.15. Biểu đồ thay đổi phụ tải lạnh của công trình...........................................45
Hình 3.16. Đường cong đặc tính thông dụng máy nén trục vít ..................................46
Hình 3.17. Biểu đồ phân phối nguồn lạnh khi hoạt động ở chế
độ điều hòa không khí .............................................................................49
Hình 3.18. Biểu đồ phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí

với ưu tiên bộ tích trữ băng .....................................................................50
Hình 3.19. Sơ đồ nhiệt độ - phụ tải hệ thống vận hành ưu tiên bộ tích trữ băng
và bố trí hệ thống thiết bị.........................................................................50
Hình 3.20. Biểu đồ phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí
khi vận hành ưu tiên tổ máy lạnh ............................................................54
Hình 3.21. Sơ đồ nhiệt độ - phụ tải hệ thống vận hành ưu tiên bộ tích trữ băng
và bố trí hệ thống thiết bị.........................................................................56
Hình 4.1. Bản đồ Việt Nam.....................................................................................71
Hình 4.2. Biểu đồ nhiệt độ tối cao trung bình ở 3 địa điểm:
Hà Nội, Đà Nẵng và Tp. Hồ Chí Minh....................................................73
Hình 4.3. Biểu đồ nhiệt độ tối thấp trung bình ở 3 địa điểm:
Hà Nội, Đà Nẵng và Tp. Hồ Chí Minh....................................................74
Hình 4.4. Biểu đồ biên độ dao động nhiệt độ trung bình ở 3 địa điểm:
Hà Nội, Đà Nẵng và Tp. Hồ Chí Minh ...................................................74
Hình 4.5. Biểu đồ độ ẩm tương đối trung bình ở 3 địa điểm:


xv

Hà Nội, Đà Nẵng và Tp. Hồ Chí Minh....................................................75
Hình 4.6. Chu trình tạo băng ...................................................................................78
Hình 4.7. Chu trình cung cấp lạnh cho tải lạnh từ thùng
băng và tổ máy lạnh ...............................................................................79
Hình 4.8. Chu trình cung cấp lạnh cho tải lạnh từ tổ máy lạnh ...............................80
Hình 5.1. Biểu đồ thay đổi phụ tải lạnh của siêu thị ...............................................83
Hình 5.2. Biểu đồ phân phối nguồn lạnh khi hoạt động ở chế độ
điều hòa không khí ..................................................................................85
Hình 5.3. Biểu đồ phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí
với ưu tiên bộ tích trữ băng ......................................................................86
Hình 5.4. Sơ đồ nhiệt độ - phụ tải hệ thống vận hành ưu tiên bộ tích trữ băng

và bố trí hệ thống thiết bị........................................................................88
Hình 5.5. Biểu đồ phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí
khi vận hành ưu tiên tổ máy lạnh ...........................................................91
Hình 5.6. Sơ đồ nhiệt độ - phụ tải hệ thống vận hành ưu tiên tổ máy lạnh và
bố trí hệ thống thiết bị ............................................................................92
Hình 5.7. Biểu đồ phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí
khi vận hành hổn hợp...............................................................................95


xvi

BẢNG KÍ HIỆU

A:

Phí điện tiết kiệm cả năm, đồng

A1:

Phí điện vận hành tiết kiệm hàng năm, đồng

A2:

Phí điện cơ bản tiết kiệm hằng ngày, đồng

B:

Giá điện cơ bản của tháng, đồng/ kWh

C1:

Phí điện vận hành hằng ngày, đồng

C2:

Phí điện cơ bản của tháng, đồng

D:

Thời gian cung cấp lạnh điều hòa không khí ban ngày, h

E:

Số ngày vận hành hệ thống điều hòa không khí có tích băng, ngày

e:

Suất dịch chuyển phụ tải điện dùng cao điểm

F1:

Tiền đầu tư tổ máy lạnh theo phương thức vận hành tryền thống, đồng

F2:

Tiền đầu tư tổ máy theo phương thức vận hành có tích băng, đồng

F3:

Tiền đầu tư ban đầu thiết bị tích băng, đồng

F4:

Tiền lắp đặt thiết bị điện giảm, đồng

G:

Tiền lắp đặt 1 đơn vị công suất thiết bị điện, đồng/ kW

H:

Giá điện lúc cao điểm, đồng

i:

Lãi suất

Ic:

Đầu tư ban đầu hệ thống truyền thống, đồng

Is:

Đầu tư ban đầu hệ thống có tích băng, đồng

L:

Giá điện lúc thấp điểm, đồng

M:

Giá điện lúc bình thường, đồng


xvii

mc:

Tiền đầu tư 1 đơn vị kW tổ máy, đồng/ kW

ms:

Tiền đầu tư 1 đơn vị dung lượng tích băng, đồng/ kWh

N:

Thời gian tích trữ băng ban đêm, h

n:

Thời gian hoàn vốn, năm

P:

Năng suất lạnh tổ máy, kW

Q:

Tổng năng lượng lạnh cung cấp trong ngày, kWh

QDH:

Phụ tải cung cấp trực tiếp cho chế độ điều hòa không khí lúc cao điểm, kWh

QDL:

Phụ tải cung cấp trực tiếp cho chế độ điều hòa không khí lúc thấp điểm,
kWh

QDM:

Phụ tải cung cấp trực tiếp cho chế độ điều hòa không khí lúc bình thường,
kWh

QH:

Phụ tải lạnh lúc cao điểm, kW

Qi:

Lượng băng tích trữ của hệ thống thiết bị tích trữ băng, kWh

Qimax: Năng suất lạnh băng tan cung cấp tối đa khi phụ tải đỉnh thiết kế, kW
Qip:

Lượng lạnh băng tan cung cấp trong 1 giờ của bộ tích trữ băng ở phụ tải đỉnh
của ngày, kW

qk:

Năng suất ngưng tụ, kJ/kg

QL :

Phụ tải lạnh lúc thấp điểm, kW

QM:

Phụ tải lạnh lúc bình thường, kW

Qmax:

Phụ tải đỉnh thiết kế, kW

qo:

Năng suất lạnh riêng, kJ/kg

QSH:

Phụ tải cung cấp tích trữ băng lúc cao điểm, kWh

QSL:

Phụ tải cung cấp tích trữ băng lúc thấp điểm, kWh

QSM:

Phụ tải cung cấp tích trữ băng lúc bình thường, kWh

xviii

R1:

Năng suất lạnh hoạt động của tổ máy ở chế độ tích trữ băng, kW

R2:

Năng suất lạnh hoạt động của tổ máy ở chế độ điều hòa không khí, kW

S1:

Phí điện được tính khi tích băng, đồng

S2:

Phí điện tính cho trường hợp trực tiếp cung cấp lạnh, đồng

S3:

Phí điện vận hành, đồng

S4

Phí điện cơ bản hằng tháng, đồng

Tc:

Phí điện vận hành cả năm của hệ thống có tích băng, đồng

Tk:

Nhiệt độ ngưng tụ, 0K

To:

Nhiệt độ bay hơi, 0K

Ts:

Phí điện vận hành cả năm của hệ thống truyền thống, đồng

Wc:

Công của máy nén, Watt

x:

Tỷ lệ tích băng

α:

Tỷ lệ dung lượng lắp tổ máy

ε:

Suất giảm hệ số tính năng của máy lạnh

εc :

Hệ số làm lạnh của chu trình Carnot

η:

Tỷ lệ thay đổi hiệu suất tổ máy

ηc :

Hệ số tính năng tổ máy lạnh dùng theo truyền thống

ηs :

Hệ số tính năng của máy lạnh khi hệ thống vận hành có tích băng

ΔQs :

Tổn thất lạnh của bộ tích trữ băng


LUẬN VĂN THẠC SĨ

1

LỜI MỞ ĐẦU

Một trong những điều kiện quan trọng để phát triển nền công nghiệp của một
nước đó là nguồn năng lượng. Hiện nay, không những Việt Nam mà các nước
trên thế giới đang bị áp lực về sự tăng trưởng điện năng hằng năm trong khi
nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, thêm vào đó là áp lực về nguồn

điện cao điểm trong ngày chưa được đảm bảo hay đảm bảo nhưng chưa hiệu quả
kinh tế. Như vậy để đẩy nhanh tiến trình phát triển kinh tế hay quá trình công
nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngay bây giờ chúng ta phải tìm cách giải quyết
những vướng mắt nêu ra bằng nhiều cách: chúng ta có thể mở rộng nguồn điện
lưới bằng cách xây dựng nhiều nhà máy nhiệt điện, thủy điện thậm chí nhà máy
điện nguyên tử…Nhưng những cách này rất tốn kém và khả năng nguồn vốn của
ta có hạn. Cho nên, chúng ta nghó đến một giải pháp là tích trữ năng lượng mà
tích trữ băng trong lónh vực điều hòa không khí là một trong những phương án có
khả năng áp dụng được ở điều kiện Việt Nam.
Như chúng ta đều biết, tích trữ băng là giải pháp dùng điện năng lúc thấp
điểm chạy máy nén sinh công và tích trữ công này dưới dạng nhiệt năng và sử
dụng nó vào lúc cao điểm. Như vậy, về cơ bản ta đã san bằng được phụ tải điện
năng hằng ngày giảm chi phí cho hộ tiêu thụ điện và giảm đầu tư máy phát điện
cho công ty điện lực. Nguồn lợi ích đem lại từ phương pháp này là rất lớn vì cứ
HVTH: LÊ KIM TRƯỜNG


LUẬN VĂN THẠC SĨ

2

thử nghó nguồn điện phía nhu cầu cần một thì phía nguồn cấp điện phải cấp điện
gấp ba lần để khắc phục những tổn thất khi truyền tải điện và trong các nhà máy
phát điện.
Hiện nay, ở những nước trên thế giới đã có chính sách đặc biệt đối với việc
tích trữ năng lượng như có chính sách khuyến khích, ưu đãi và giảm giá thuê bao
điện năng. Như ở Mỹ, hệ thống này đã đặt ra rất sớm từ năm 1930 đối với các
giáo đường, kịch viện, nhà hàng lớn… Từ năm 1990 trở đi các nước bắt đầu quan
tâm nhiều vấn đề này. Nhật, năm 1990 có 1474 công trình điều hòa không khí
có trữ lạnh, đến năm 1993 có 2335 hệ thống điều hòa không khí có hệ thống tích

trữ lạnh và đã dịch chuyển phụ tải đỉnh 5.105 kW và dự kiến đến năm 2010 có thể
dịch chuyển 7,2 .106 kW. Trung Quốc và nhiều nước khác cũng áp dụng khá
nhiều.
Việt nam do chưa có chính sách cụ thể và mọi người chưa am hiểu nhiều về
hệ thống này nên chỉ có một số nơi ứng dụng với quy mô nhỏ như nhà máy dược
phẩm OPV – Biên Hòa. Như vậy, lý thuyết về tích trữ lạnh đã có nhiều năm và
nhiều nước trên thế giới cũng đã áp dụng. Tuy nhiên, những lý thuyết, tài liệu
thực tế về nó chưa nhiều và phổ biến, còn tồn tại rời rạc chưa có hệ thống rõ ràng
nhất là ở Việt Nam chúng ta chưa có phương pháp đánh giá chung cũng như khả
năng hiểu biết và áp dụng còn quá ít.
Từ những tình hình và thực tế trên, đề tài này tập trung “ nghiên cứu – xây
dựng phương pháp tính toán tích trữ băng trong hệ thống điều hòa không khí để
nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng”. Nội dung của đề tài này là đi sâu vào
khảo sát, phân tích các hệ thống một cách cụ thể bằng biểu đồ phụ tải và tình
hình thực tế, sau đó tính toán xây dựng mô hình để đi đến tích trữ lạnh, sử dụng
những sơ đồ và phương thức vận hành phù hợp với điều kiện khí hậu và phân bố
giá điện ở Việt Nam.
HVTH: LÊ KIM TRƯỜNG


LUẬN VĂN THẠC SĨ

3

Cuối cùng để khắc phục nguồn điện năng tăng trưởng hàng năm và phụ tải
điện lúc cao điểm cho quốc gia, chúng ta có thể thực hiện nhiều giải pháp khác
nhau. Tuy nhiên, mục đích cuối cùng là làm sao đem lại lợi ích kinh tế nhất và
hiệu quả về mặt năng lượng nhất. Cho nên, chúng ta cần phải có những nghiên
cứu, những mô hình đúng đắn để áp dụng không sớm thì muộn cho vấn đề này và
đó cũng là mục tiêu mà đề tài hướng tới.

HVTH: LÊ KIM TRƯỜNG


LUẬN VĂN THẠC SĨ

4

ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN
VAI TRÒ TÍCH TRỮ LẠNH

Chương

TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU
HÒA KHÔNG KHÍ

I

1.1.Tình hình sử dụng năng lượng hiện nay trong hệ thống điều hòa
không khí và những chính sách năng lượng của nhà nước:
Xã hội ngày càng phát triển, chất lượng cuộc sống ngày càng nâng cao đồng
nghóa với sự xây dựng cơ sở hạ tầng như nhà cửa, cao ốc, nhà hàng, siêu thị,…
ngày càng nhiều và phải đầu tư hệ thống điều hòa cho chúng.
Hệ thống điều hòa không khí truyền thống như ta đều biết được thiết kế sao
cho có công suất đạt được lúc phụ tải đỉnh cao nhất, nên máy lạnh có kích thước
rất lớn cũng như hệ thống điện cung cấp cho chúng. Nhưng chúng chỉ hoạt động
đầy tải vài ngày trong năm thậm chí vài giờ trong năm. Nhìn chung, chúng hoạt
động hầu như non tải, cho nên đứng về mặt năng lượng hệ thống này hoạt động
không hiệu quả do hiệu suất thấp, còn về mặt đầu tư thì rất lớn để lắp đặt máy
lạnh. Đa số chúng ta chỉ thiết kế để đạt được nhu cầu mà chưa tính đến hiệu quả

kinh tế tối ưu.
HVTH: LÊ KIM TRƯỜNG