TIET KIEM NANG LUONG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
VIỆN MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

CÔNG NGHỆ XANH & NĂNG LƯỢNG SẠCH

Tên đề tài

TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG
SẢN XUẤT

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Lê Thanh Hải
Học viên:

Đinh Đức Anh
Hoàng My
Lê Thị Minh Tâm
Trần Nguyễn Thị Hương Trang

Lớp: CNMT 1 – K2009

0


Tp. HCM, tháng 12 năm 2010

MỤC LỤC
1.

TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG....................................................5

1.1

Tổn thất năng lượng tại Mỹ..............................................................................6

1.2

Tổn thất năng lượng tại Việt Nam....................................................................6

1.3

Tổn thất năng lượng trong một số lĩnh vực của Việt Nam..............................8

1.3.1 Tổn thất năng lượng của các hệ thống bơm...............................................................8
1.3.2 Tổn thất năng lượng trong quá trình sản xuất và cung cấp hơi...............................8
1.3.3 Tổn thất năng lượng trong q trình sản xuất sử dụng khí nén...............................9
2

VÌ SAO PHẢI THỰC HIỆN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG QUÁ

TRÌNH SẢN XUẤT....................................................................................................................9
3

TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC HỆ THỐNG LẠNH................10

3.1

Nguyên lý‎ của chu trình làm lạnh bằng hơi một cấp nén.............................10

3.2

Các yếu tố tác động đến hiệu quả làm việc của các hệ thống lạnh...............12

3.2.1 Giảm nhiệt độ ngưng tụ sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cho HT.............................12
3.2.2 Tăng nhiệt độ bay hơi sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh...............13
3.2.3 Ảnh hưởng của quá trình quá nhiệt đến hiệu quả làm việc của hệ thống lạnh....15
3.3

Các biện pháp tiết kiệm năng lượng khi sử dụng các hệ thống lạnh...........16

3.3.1 Sử dụng bộ biến tần để tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh.......................16
3.3.2 Ứng dụng hệ thống tích trữ năng lượng cho chác hệ thống lạnh..........................17
4

TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC HỆ THỐNG NHIỆT..............20

4.1

Lò hơi................................................................................................................ 20

4.2

Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lị hơi cơng nghiệp......................24

5

TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG...........29

5.1

Các loại hệ thống chiếu sáng...........................................................................29

5.1.1 Đèn sợi đốt (GLS)......................................................................................................29
5.1.2 Đèn Halogen-Vonfam.................................................................................................30
5.1.3 Đèn huỳnh quang.........................................................................................................31
5.1.4 Đèn huỳnh quang compact (CFL).............................................................................33
1


5.1.5 Đèn hơi Natri...............................................................................................................33
5.1.6 Đèn hơi thủy ngân.......................................................................................................35
5.1.7 Đèn kết hợp..................................................................................................................36
5.1.8 Đèn halogen kim loại..................................................................................................37
5.1.9 Đèn LED.......................................................................................................................38
5.2

Thành phần chiếu sáng...................................................................................38

5.2.1 Nguồn phát sáng/Mặt phản xạ...................................................................................39
5.2.2 Bộ phận phụ trợ...........................................................................................................40
5.3

Giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả trong hệ thống chiếu sáng............40

5.3.1 Sử dụng chiếu sáng tự nhiên......................................................................................40
5.3.2 Giảm số lượng đèn để giảm lượng chiếu sáng thừa................................................42
5.3.3 Chiếu sáng theo công việc..........................................................................................42
5.3.4 Lựa chọn đèn và bộ đèn hiệu suất cao......................................................................43
5.3.5 Giảm điện áp dây dẫn chiếu sáng..............................................................................45
5.3.6 Chấn lưu điện tử..........................................................................................................47

5.3.7 Chấn lưu điện từ tổn hao thấp cho đèn tuýp............................................................48
5.3.8 Thiết bị hẹn giờ, bộ chuyển mạch ánh sáng khuếch tán hoặc mờ và bộ cảm biến
chiếm chỗ.................................................................................................................................48
5.3.9 Bảo dưỡng chiếu sáng.................................................................................................49
5.4

Bảng dang sách giải pháp................................................................................50

6.

ỨNG DỤNG BÁO CÁO KIỂM TỐN NĂNG LƯỢNG TẠI NHÀ MÁY

BIA SÀI GỊN – ĐAKLAK.....................................................................................................51
6.1

Tổng quan nhà máy..................................................................................................51

6.2

Chế độ vận hành và tình hình sản suất hiện nay.................................................51

6.3

Hiện trạng các quá trình sản xuất vào năm 2009................................................53

6.3.1 Mơ tả cơng nghệ...............................................................................................53
6.3.2 Lị hơi................................................................................................................ 55
6.3.3 Hệ thống phân phối hơi...................................................................................56
6.3.4 Hệ thống thu hồi nước ngưng.........................................................................57
6.3.6 Hệ thống thu hồi CO2......................................................................................58

2


6.3.7 Hệ thống nước..................................................................................................59
6.3.8 Hệ thống lạnh...................................................................................................60
6.3.9 Hiện trạng hệ thống đo đếm và cung cấp điện..............................................61
6.3.10 Hệ thống chiếu sáng.........................................................................................63
6.4

Cung cấp và tiêu thụ năng lượng.............................................................................63

6.4.1 Cung cấp và tiêu thụ điện...............................................................................63
6.4.2 Cung cấp và tiêu thụ nhiệt lạnh......................................................................65
6.4.3 Cung cấp và tiêu thụ nhiên liệu......................................................................65
6.4.4 Cung cấp và tiêu thụ hơi.................................................................................66
6.4.5 Cung cấp và tiêu thụ khí nén..........................................................................67
6.4.6 Cung cấp và nhu cầu tiêu thụ nước................................................................67
6.5

Cơ sở đánh giá các biện pháp tiết kiệm năng lượng...........................................67

6.6

Chiến lược của Nhà máy về sử dụng năng lượng..........................................68

6.7

Các giải pháp tiết kiệm năng lượng.........................................................................69

6.7.1 Đề xuất đo đếm, giám sát và xây dựng mục tiêu phấn đấu..........................69

6.7.2 Giải pháp thay thế các bóng đèn Cao áp 400W bằng bóng compact 110W 76
6.7.3 Lắp đặt thêm máy nén lạnh công suất 120Hp cho phần mở rông sản xuất 77
6.7.4 Đầu tư xây dựng hệ thống thu hồi khí Biogas từ q trình phân hủy bã hèm
78
6.7.5 Đầu tư lắp đặt thiết bị thu hồi khí Biogas từ Hệ thống Xử Lý‎ Nước Thải. .81
6.7.6 Thu hồi hơi thải từ nồi nấu Houblon..............................................................82
6.7.7 Tiềm năng tiết kiệm năng lượng từ thu hồi nhiệt thải từ các máy nén khí. 85
6.7.8 Hiệu chỉnh tối ưu hiệu suất lò hơi và lắp đặt bộ hâm nước tận dụng nhiệt
khói thải...........................................................................................................................
86
6.7.9 Tận thu dịch đường, bia non trong quá trình xả men, xả cặn hàng ngày và
xả trước lọc.................................................................................................................. 88
6.8

Khả năng triển khai dự án..............................................................................89

3


TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT
1.

TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG
Trong những năm qua, đứng trước nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch,
nguồn năng lượng truyền thống, các quốc gia trên toàn thế giới đã nổ lực khơng ngừng
nhằm tìm các giải pháp hiệu quả trong việc sử dụng năng lượng cũng như tìm các
nguồn năng lượng thay thế nhằm đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng của con
người trong tương lai.
Các loại năng lượng thay thế, năng lượng sạch đã được nghiên cứu, phát triển và
đang ngày một gia tăng tỷ trọng cung cấp năng lượng trên toàn thế giới. Tuy nhiên, một

nhược điểm có thể dễ dàng nhận ra là chi phí để sản xuất ra năng lượng thay thế, năng
lượng sạch này vẫn còn khá cao. Do vậy, việc ứng dụng và sử dụng tại nhiều quốc gia
trong các hoạt động sản xuất cơng nghiệp vẫn cịn nhiều hạn chế và có những khó khăn
nhất định.
Một trong những giải pháp tối ưu hiện nay đối với các hoạt động sản xuất cơng
nghiệp cũng như tiêu dùng là phải tìm ra được giải pháp tiết kiệm và gia tăng hiệu suất
sử dụng năng lượng hiện hữu, từ đó gia tăng hiệu quả hoạt động sản xuất kinh doanh
cũng như góp phần giảm thiểu mức độ tiêu thụ nhiên liệu truyền thống trên phạm vi
quốc gia và tồn cầu.
Để có thể có được các giải pháp tiết kiệm, sử dụng năng lượng hiệu quả thì việc
đầu tiên đối với một nhà máy đang hoạt động là phải rà sốt lại tồn bộ dây chuyền và
quá trình sử dụng năng lượng của dây chuyền sản xuất, từ đó xem xét các khía cạnh về
tổn thất năng lượng. Trên cơ sở đó sẽ nghiên cứu và đưa ra các giải pháp tiết kiệm và
sử dụng năng lượng một cách hiệu quả nhất có thể.
Trên thế giới hiện nay, việc tổn thất năng lượng rất phổ biến ở mọi quốc gia,
mọi lĩnh vực sản xuất kinh doanh, phần dưới đây sẽ trình bày một số nội dung về tổn
thất năng lượng ở Mỹ (quốc gia phát triển) và ở Việt Nam (quốc gia đang phát triển),
cũng như xem xét tổn thất năng lượng trong một số lĩnh vực.
4


1.1 Tổn thất năng lượng tại Mỹ
Theo báo cáo Energy Loss Reductionand Recoveryin Industrial EnergySystems
của “U.S. Department of Energy Office of Energy Efficiency and Renewable Energy
Industrial Technologies Program” thì tổn thất năng lượng tại một số lĩnh vực công
nghiệp tại Mỹ được thống kê năm 2004 như sau:

Hình 1. Tổn thất năng lượng trong các ngành công nghiệp của Mỹ năm 2004.
Qua biểu đồ trên có thể thấy rằng ngành cơng nghiệp lọc dầu, cơng nghiệp hóa
chất và chế biến các sản phẩm từ rừng có quy mơ tiêu thụ năng lượng cũng như tổn

thất năng lượng cao nhất, tiếp theo là các ngành công nghiệp luyện kim, sản xuất thực
phẩm và xi măng.
Cũng qua biểu đồ trên cũng thấy rằng hầu hết các ngành cơng nghiệp có tỷ lệ
tổn thất năng lượng khá cao (>25%). Như vậy có thể thấy được sự lãng phí trong việc
sử dụng năng lượng của các ngành công nghiệp cũng như tiềm năng về tiết kiệm năng
lượng là rất lớn.

5


1.2 Tổn thất năng lượng tại Việt Nam
Để tạo ra 1.000 USD GDP, Việt Nam phải tiêu tốn khoảng 600 kg dầu quy đổi,
cao gấp 1,5 lần so với Thái Lan và gấp 2 lần mức bình quân của thế giới. Việt Nam
đang đứng trước nguy cơ phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu. Theo Bộ trưởng Công
thương, Việt Nam được thiên nhiên ưu đãi và có gần như tất cả các nguồn tài nguyên
năng lượng, nhưng khả năng khai thác, chế biến và sử dụng ở nước ta còn hạn chế.
Giai đoạn 2010-2020 có thể xuất hiện sự mất cân đối giữa khả năng cung cấp và
nhu cầu sử dụng các nguồn năng lượng nội địa, và Việt Nam chuyển từ nước xuất khẩu
thành nước nhập khẩu năng lượng, mức độ phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu ngày
một tăng.
Tình trạng lãng phí năng lượng ở nước ta rất lớn. Hiệu suất sử dụng nguồn năng
lượng trong các nhà máy điện đốt than, dầu chỉ đạt 28-32%, thấp hơn so với các nước
phát triển 10%; hiệu suất các lò hơi công nghiệp chỉ đạt khoảng 60%, thấp hơn mức
trung bình của thế giới chừng 20%.
Theo Bộ Cơng thương, cường độ năng lượng trong công nghiệp của Việt Nam
cao hơn Thái Lan và Malaysia khoảng 1,5-1,7 lần (tức là để làm ra một giá trị sản
phẩm như nhau, nước ta phải tiêu tốn năng lượng gấp 1,5-1,7 lần). Tỷ lệ giữa tăng
trưởng nhu cầu năng lượng so với tăng trưởng GDP của Việt Nam lên đến 2 lần, trong
khi ở các nước phát triển tỷ lệ này là dưới 1.
Nguyên nhân gây lãng phí và sử dụng khơng hiệu quả năng lượng, chủ yếu là do

công nghệ lạc hậu; điện bị cắt giảm thường xuyên; hệ thống thiết bị, đường dây truyền
tải ở một số khu vực đã quá cũ, chưa được thay thế; mục tiêu sử dụng năng lượng tiết
kiệm và hiệu quả chưa đặt ra đúng tầm quan trọng; cơng tác quản lý sử dụng năng
lượng cịn nhiều bất hợp lý...
Bộ Công thương cho biết, tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong công nghiệp sản
xuất xi măng, thép, sành sứ, đơng lạnh... của nước ta có thể đạt trên 20%; lĩnh vực xây
dựng dân dụng, giao thông vận tải có thể lên tới trên 30%; khu vực sinh hoạt và hoạt
động dịch vụ tiềm năng tiết kiệm cũng khơng nhỏ. Chi phí bỏ ra để tiết kiệm 1 kWh
6


điện năng ít hơn nhiều so với chi phí đầu tư để sản xuất ra 1 kWh trong các nhà máy
điện.
1.3 Tổn thất năng lượng trong một số lĩnh vực của Việt Nam
1.3.1 Tổn thất năng lượng của các hệ thống bơm
Theo báo cáo của Chương trình hiệu quả sử dụng năng lượng quốc gia của Việt
Nam thì hiện nay hiệu suất sử dụng năng lượng của hệ thống bơm chỉ đạt 42%, phần
năng lượng cịn lại bị thất thốt qua motơ, bộ phân khớp nối, bơm, van, đường ống của
tồn bộ hệ thống bơm.

Hình 2. Tổn thất năng lượng của hệ thống bơm.
1.3.2 Tổn thất năng lượng trong quá trình sản xuất và cung cấp hơi
Hiệu suất sử dụng năng lượng của quá trình sản xuất và cung cấp hơi chỉ đạt khoảng
40%, cịn lại 60% thất thốt qua các công đoạn sản xuất hơi, qua hệ thống ống dẫn,
van, ngưng tụ, trao đổi nhiệt…

Hình 3. Tổn thất năng
lượng qua quá trình sản
xuất và cung cấp hơi.

7


1.3.3 Tổn thất năng lượng trong quá trình sản xuất sử dụng khí nén
Hiệu suất sử dụng năng lượng trong q trình sản xuất và sử dụng khí nén chỉ
đạt khoảng 10%, 90% cịn lại hầu như bị thất thốt qua q trình vận hành mơtơ, máy
nén, q trình chuyển đổi, mạng lưới đường ống và quá trình sử dụng.

Hình 4. Tổn thất năng lượng qua quá trình sản xuất sử dụng khí nén.
2 VÌ SAO PHẢI THỰC HIỆN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG Q
TRÌNH SẢN XUẤT
Tính thiết yếu của việc tiết kiệm năng lượng xuất phát từ một số nguyên nhân
chủ yếu như sau:
- Nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch trong khi chi phí sản xuất năng
lượng sạch, năng lượng tái tạo còn khá cao;
- Nhu cầu sản xuất ngày càng tăng làm cho nhu cầu năng lượng khơng ngừng
gia tăng, qua đó gây ra nhiều áp lực trong việc cung cấp năng lượng. Tiết kiệm năng
lượng đồng nghĩa với tiết kiệm chi phí sản xuất
- Sự biến động, gia tăng về giá dầu, khí đốt và điện trong những năm gần đây
tác động rất lớn đến các hoạt động sản xuất kinh doanh của các đơn vị;
8


- Việc sử dụng nhiều, lãng phí năng lượng hóa thạch là ngun nhân chính của
tình trạng ơ nhiễm mơi trường và biến đối khí hậu tồn cầu;
- Các quy định của pháp luật ngày một khắc khe đòi hỏi doanh nghiệp và thay
đổi tư duy trong quá trình sản xuất kinh doanh theo hướng tiết kiệm năng lượng.
3 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC HỆ THỐNG LẠNH
3.1 Nguyên lý‎ của chu trình làm lạnh bằng hơi một cấp nén
Đây là hệ thống máy lạnh được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Hệ thống gồm 4

bộ phận chính: máy nén, bộ ngưng hơi, van tiết lưu, bộ bay hơi.
Chức năng của từng bộ phận:
- Máy nén: nén tác nhân lạnh ở trạng thái hơi lạnh áp suất thấp thành hơi nóng
áp suất cao
- Bộ ngưng hơi: ngưng tác nhân lạnh ở trạng thái hơi nóng áp suất cao thành
trạng thái lỏng và thải nhiệt ra nguồn hơi nóng
- Van tiết lưu: tiết lưu tác nhân lạnh ở trạng thái lỏng áp suất cao thành lỏng và
hơi áp suất thấp, lạnh (nhiệt độ thấp)
- Bộ bay hơi: là nơi tác nhân lạnh nhận nhiệt từ đối tượng cầ làm lạnh và bay
hơi

Hình 5. Nguyên lý hoạt động của chu trình làm lạnh bằng hơi một cấp nén.
9


Nguyên lý‎ hoạt động:
Hơi từ bộ bay hơi được máy nén hút về và nén theo quá trình nén đẳng entropy
(1-2) từ áp suất bay hơi p 0 = p1 = p4 lên áp suất ngưng tụ p k = p2 = p3. Hơi ra khỏi máy
nén ở điểm 2 là hơi quá nhiệt (có nhiệt độ và áp suất cao) được đưa vào bộ ngưng hơi.
Tại bộ ngưng hơi, tác nhân lạnh nhả nhiệt cho chất giải nhiệt để thực hiện quá trình
ngưng tụ đẳng áp (2-3), pk = const. Tác nhân lạnh ở điểm 3 có trạng thái lỏng được đưa
qua van tiết lưu để thực hiện quá trình tiết lưu đẳng entanpy (3-4). Hơi bão hịa ẩm ở
điểm 4 được đưa vào bộ bay hơi. Trong bộ bay hơi, tác nhân lạnh sẽ nhận nhiệt từ đối
tượng cần làm lạnh hay từ chất tải lạnh và thực hiện quá trình bay hơi đẳng áp (4-1), p 0
= const. Sau đó, hơi lại được hút về máy nén để thực hiện chu trình tiếp theo.
Chu trình làm lạnh nén một cấp được trình bày ở đồ thị dưới đây:

Hình 6. Chu trình nhiệt động học của hệ thống lạnh nén một cấp.
Để đánh giá hiệu quả làm việc của các hệ thống lạnh, người ta dùng khái niệm
hệ số lạnh COP

COP =

h1  h4
h2  h1

Như vậy, chu trình làm lạnh nào có COP càng lớn thì chu trình đó làm việc càng
hiệu quả hay đó là chu trình sử dụng năng lượng càng hiệu quả.
3.2 Các yếu tố tác động đến hiệu quả làm việc của các hệ thống lạnh
10


3.2.1 Giảm nhiệt độ ngưng tụ sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cho HT
Điều kiện môi trường và chất giải nhiệt sẽ ảnh hưởng quyết định đến nhiệt độ
ngưng tụ của hệ thống lạnh. Và ứng với nhiệt độ ngưng tụ xác định T k, hơi tác nhân
lạnh sẽ ngưng tụ ở áp suất ngưng tụ p k xác định. Nếu chúng ta giảm nhiệt độ ngưng tụ
thì áp suất ngưng tụ của hệ thống lạnh cũng giảm theo điều này sẽ làm tăng hiệu quả
làm lạnh và giảm công của máy nén hay cũng chính là hiệu suất của hệ thống lạnh sẽ
tăng, hệ thống sử dụng ít điện năng hơn. Điều này được biểu diễn ở hình 7.
Hệ thống làm lạnh cũ ở hình 2 làm việc theo chu trình (1-2-3-4-1) có hệ số làm
lạnh là COP. Nếu nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống được giảm xuống, áp suất ngưng tụ
pk’ = p6 < pk = p2 = p3. Khi đó, hệ thống làm việc với chu trình lạnh mới (1-5-6-7-1) và
hệ số làm lạnh của hệ thống lạnh là:
COP’ =

h1  h7
h5  h1

Từ hình 7, ta thấy rằng năng suất lạnh của chu trình mới lớn hơn chu trình cũ:
(h1-h7) > (h1-h4) và cơng nén xủa chu trình mới nhỏ hơn chu trình cũ (h 5-h1) < (h2-h1)
vậy nên COP’ >COP

Hình 7. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ đến
hiệu quả làm việc của hệ thống lạnh.

11


Những biện pháp nhằm giảm nhiệt độ ngưng tụ cho hệ thống lạnh:
- Khâu thiết kế:
+ Đảm bảo cho bộ ngưng tụ có kích thước đủ lớn (khơng nhỏ). Diện tích bề mặt
trao đổi nhiệt lớn cho phép nhiệt độ ngưng tụ thấp;
+ Sử dụng bộ ngưng tụ bay hơi thay vì làm mát bằng khơng khí;
+ Thiết lập việc kiểm tra đối với áp suất ngưng tụ thấp nhất đạt được và thay đổi
được xác lập trong khoảng mùa hè và mùa đơng.
- Khâu vận hành và bảo trì:
+ Vận hành lượng quạt và bơm nhiều nhất có thể nhằm hạ nhiệt độ ngưng tụ;
+ Đảm bảo nhiệt độ nhiệt độ nước giải nhiệt ở mức thấp nhất có thể;
+ Sử dụng hữu ích điều kiện mơi trường với trường hợp có lợi nhất, tức là thiết
bị ngưng tụ làm việc có hiệu suất cao hơn vào ban đêm;
+ Tránh hay giảm tối thiểu khơng khí quẩn trong các dàn ngưng và tháp giải
nhiệt;
+ Thường xuyên làm sạch bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ;
+ Giữ bề mặt tổ ong của tháp giải nhiệt sạch và kiểm tra quá trình xử lý nước
thường xuyên;
+ Tách lọc khơng khí và các chất khí khơng ngưng tụ từ bộ ngưng và kiểm tra
thường xuyên;
+ Bảo vệ dàn ngưng tránh khỏi mặt trời chiếu trực tiếp vào các vị trí có nhiệt độ
cao.
3.2.2 Tăng nhiệt độ bay hơi sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh
Nếu chúng ta tăng nhiệt độ bay hơi thì áp suất bay hơi của hệ thống lạnh sẽ tăng

theo, dẫn đến việc tăng hiệu quả làm lạnh và giảm công của máy nén; tức là hiệu thống
lạnh sẽ tăng và hiệu thống sử dụng ít điện năng hơn. Điều này có thể thấy ở hình 8
dưới đây. Hệ thống làm lạnh cũ theo hình 2 làm việc theo chu trình (1-2-3-4-1) có hệ số
12


làm lạnh COP. Nếu nhiệt độ bay hơi của hệ thống được tăng lên, áp suất bay hơi p o’ =
p5 = p7 > po = p1 = p4. Khi đó, hệ thống làm việc với chu trình lạnh mới (5-6-3-7-5) và
hệ số làm lạnh của hệ thống lạnh là: COP’ =

h5  h7
h6  h5

Hình 8. Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi đến hiệu
quả làm việc của hệ thống lạnh.
Từ hình 8, ta thấy cơng nén của chu trình mới nhỏ hơn chu trình cũ (h 6-h5) < (h2h1). Vì vậy, COP’ > COP
Vậy tăng nhiệt độ bay hơi, ta có thể nâng cao hiệu suất của hệ thống lạnh và hệ
thống sẽ sử dụng ít điện năng hơn.
Những biện pháp nhằm tăng nhiệt độ bay hơi cho hệ thống lạnh:
- Khâu thiết kế:
+ Sử dụng hệ thống tái tuần hồn bất cứ khi nào có thể;
+ Sử dụng các động cơ và quạt có hiệu suất cao trong phịng lạnh và máy lạnh;
+ Đảm bảo mơi chất làm lạnh và dầu thích hợp.
- Khâu vận hành và bảo trì:
13


+ Giữ nhiệt độ bay hơi càng cao càng tốt;
+ Tránh để dầu bôi trơn bị đưa nhiều vào và tích tụ lại trong bộ bay hơi;
+ Xả đá các dàn lạnh khi cần thiết và dừng ngay quá trình xả khi lượng đá đã xả

hết;
3.2.3 Ảnh hưởng của quá trình quá nhiệt đến hiệu quả làm việc của hệ thống
lạnh

Hình 9. Ảnh hưởng của độ quá nhiệt đến hiệu quả làm việc của hệ thống lạnh.
Trạng thái vận hành hợp lý nhất của một hệ thống lạnh là hơi từ thiết bị bay hơi
vào máy nén là hơi bão hịa khơ, theo chu trình (1-2-3-4-1) trên hình 9. Trên thực tế, để
tránh hơi hút về máy nén có lẫn lỏng, người ta vận hành sao cho hơi hút vào máy nén
là hơi quá nhiệt, theo chu trình (1-5-6-3-4-1) và quá trình (1-5) được gọi là quá trình
quá nhiệt. Tuy nhiên, việc quá nhiệt này sẽ làm tăng công tiêu tốn của máy nén vì vậy
sẽ làm giảm hiệu suất của hệ thống.
Các biện pháp vận hành ứng dụng để hạn chế quá trình quá nhiệt của thiết bị:
+ Ứng với mỗi loại máy nén khác nhau sẽ có độ quá nhiệt khuyến cáo khác
nhau. Nên duy trì ở mức thấp nhất các giá trị quy định này trong quá trình vận hành hệ
thống lạnh;
14


+ Bảo ôn đường ống dẫn gas lạnh về máy nén để tránh sự quá nhiệt không cần
thiết hay không kiểm sốt được;
+ Cần chỉnh van tiết lưu chính xác vì điều này có ảnh hưởng đến việc q nhiệt
của hơi vào máy nén.
3.3 Các biện pháp tiết kiệm năng lượng khi sử dụng các hệ thống lạnh
3.3.1 Sử dụng bộ biến tần để tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh
Việc sử dụng biến tần là phương thức hiệu quả năng lượng nhất cho đầu vào
điều khiển bơm, quạt, máy nén. Các ưu điểm đem lại từ việc lắp biến tần:
- Giúp quá trình khởi động mềm hơn, tiêu thụ điện năng ít hơn và tuổi thọ của
máy do đó cũng được tăng lên;
- Có thể thay đổi vận tốc vịng vơ cấp mà moment xoắn trên trục động cơ không
thay đổi;

- Luôn luôn cung cấp vừa đủ điện năng phù hợp với phụ tải thực của động cơ tại
từng thời điểm. Điều này giúp động cơ tiêu thụ điện năng một cách hợp lý hơn ở chế
độ non tải (ở chế độ non tải hiệu suất của động cơ rất thấp)

Hình 10. Đồ thị đặc tính cơng
suất – lưu lượng của bơm ly tâm
lắp biến tần và không lắp biến
tần.

15


Khi lưu lượng bơm giảm thì cơng suất tiêu thụ điện của loại bơm không lắp biến
tần cao hơn loại bơm có lắp biến tần. Điều này có nghĩa là hiệu suất của động cơ chạy
non tải (lưu lượng thấp) sẽ được cải thiện cao hơn khi được lắp biến tần.
3.3.2 Ứng dụng hệ thống tích trữ năng lượng cho chác hệ thống lạnh
Đối với hầu hết các hộ tiêu thụ điện, nhu cầu sử dụng điện không cố định mà
thay đổi theo các thời điểm khác nhau trong ngày. Việc sử dụng điện tương ứng tạm
chia làm ba thời điểm:
- Thấp điểm (công suất tiêu thụ thấp): thường từ 22g00 đến 6g00, khi các hộ
tiêu thụ điện cho sản xuất và sinh hoạt đều không dùng điện hay dung ở mức thấp
nhất;
- Bình thường (cơng suất tiêu thụ trung bình): thường từ 6g00 đến 18g00, khi
điện chủ yếu dùng cho sản xuất và văn phịng;
- Cao điểm (cơng suất tiêu thụ cao nhất): thường từ 18g00 đến 22g00, khi điện
được dung nhiều nhất cho sản xuất, sinh hoạt, quảng cáo, chiếu sáng…
Vì vậy, các nhà cung cấp điện phải lắp đặt các nhà máy điện có cơng suất lớn
sao cho bằng cơng suất giờ cao điểm và do đó đối với giờ thấp điểm thì máy phát điện
sẽ bị non tải, hiệu suất vận hành sẽ rất thấp. Hậu quả của nó là đầu tư sẽ gia tăng và
hoạt động khơng kinh tế. Vì vậy các nhà cung cấp điện sẽ đưa ra chính sách giá làm thế

nào để giảm phụ tải đỉnh và chuyển sự tiêu thụ đó vào các giờ thấp điểm, bình thường,
theo nguyên lý “ San bằng phủ tải đỉnh” cho biểu đồ phụ tải của lưới điện như thể hiện
ở hình 10. Điều này sẽ giúp nhà cung cấp điện giảm việc đầu tư cho nguồn phát điện và
vận hành chúng một cách kinh tế nhất. Một trong những biện pháp để giải quyết vấn đề
này là các nhà cung cấp điện đưa ra biện pháp “điện 3 giá” như Tổng Công ty Điện lực
Việt Nam đã áp dụngtrong những năm gần đây.

16


Hình 11. Nguyên lý “San bằng phủ tải đỉnh” cho biểu đồ phụ tải của lưới điện.
Đối với người sử dụng điện, để tránh phải trả giá điện của giờ cao điểm cần có
biện pháp tích cực để giảm sử dụng điện để sản xuất vào giờ cao điểm, tăng sản xuất
vào giờ thấp điểm và bình thường. Về mặt năng lượng thì khơng tiết kiệm được, tuy
nhiên về mặt giảm chi phí năng lượng điện cho sản xuất thì sẽ cải thiện rõ rệt.
Một trong những biện pháp để thực hiện việc giảm chi phí năng lượng là sử
dụng hệ thống tích lạnh. Đối với hệ thống lạnh cơng nghiệp và hệ thống điều hòa trung
tâm cho khách sạn, do phải hoạt động liên tục 24/24 giờ trong ngày và đặc biệt hoạt
động nặng tải vào giờ cao điểm, việc ngưng hoạt động trong giờ cao điểm, sản xuất
trong giờ thấp điểm khơng thể áp dụng được, Chính từ nhu cầu này hệ thống tích trữ
lạnh được sử dụng chuyên dùng trong các hệ thống lạnh.
a. Nguyên lý‎ hoạt động của hệ thống tích trữ lạnh:
Hệ thống tích trữ lạnh hoạt động được chia thành 2 giai đoạn:
Giai đoạn thứ nhất là giai đoạn nạp tải vào hệ thống tích lạnh

17


Hình 12. Chế độ nạp tải cho bồn tích trữ lạnh.
Vịng tuần hồn của tồn bộ hệ thống lạnh chung được biểu thị như trên hình vẽ.

Hệ thống bao gồm hai vịng tuần hồn tương đương: vịng thứ nhất nối Chiller với hệ
thống tích trữ lạnh, vịng thứ hai 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 ít tải (ví dụ như
ban đêm), ứng với Chiller vẫn 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 (hình 13).

Hình 13. Chế độ xả tải từ bồn tích trữ lạnh.
18


Trường hợp này là khi tải của hộ tiêu thụ lạnh lớn hơn tải của nhà máy nén cần
thiết khi đã hoạt động hết cơng suất, hệ thống tích trữ lạnh sẽ được xả tải thông qua các
tác nhân lạnh trung gian trong hệ thống để bù vào tải của Chiller 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 cho hộ tiêu thụ điện sẽ được cung cấp từ hệ thống tích
trữ lạnh, nhờ đó chi phí điện cho hệ thống lạnh sẽ được giảm đáng kể.
Ứng với chế độ hoạt động như trên ta có 4 chế độ hoạt động:
- Chế độ 1: vịng tuần hồn bao gồm Chiller và hệ thống tích trữ lạnh. Đây là
chế độ nạp tải hịa tồn cho hệ thống tích trữ lạnh, điều này xảy ra khi hộ tiêu thụ
không sử dụng tải.
- Chế độ 2: vịng tuần hồn bao gồm Chiller, hệ thống tích trữ lạnh (nạp tải), hộ
tiêu thụ lạnh. Điều này xảy ra khi tải của hộ tiêu thụ là nhỏ hơn tải định mức của
Chiller. Hệ thống tích trữ lạnh hấp thụ nhiệt lạnh một phần từ Chilleer.
- Chế độ 3: vịng tuần hồn bao gồm Chiller, hệ thống tích trữ lạnh (xả tải), hộ
tiêu thụ lạnh. Điều này xảy ra khi tải của hộ tiêu thụ là lớn hơn tải định mức của
Chiller. Bồn trữ lạnh đã hấp thụ trong chế độ trước để bù vào tải Chilleer đáp ứng đầy
đủ cho hộ tiêu thụ.
- Chế độ 4: vịng tuần hồn bao gồm hệ thống tích trữ lạnh và hộ tiêu thụ lạnh.

Đây là chế độ xả tải của hệ thống tích trữ lạnh, điều này xảy ra khi ta muốn ngừng máy
nén vì một lý do nào đó và tải tiêu thụ nhỏ hơn tải tiêu thụ nhỏ hơn tải của Hệ thống
tích trữ lạnh hiện có.
4 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC HỆ THỐNG NHIỆT
4.1 Lị hơi
Lị hơi (nồi hơi) cơng nghiệp là thiết bị sản xuất ra hơi nước cung cấp cho các
thiết bị máy móc khác. Ngun lý chung của lị hơi cơng nghiệp là sử dụng nhiên liệu
để đun sôi nước, tùy theo cấu tạo lị hơi mà nhiên liệu có thể là: rắn (củi, than, gỗ…),
lỏng (dầu…), hoặc khí (gas). Trong một quy trình sản xuất, lị hơi có tác dụng giúp
19


biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi đồng thời cũng tiêu thụ một
lượng năng lượng đáng kể trong q trình vận hành.



Các loại lị hơi
Lị hơi ống nước : lị hơi này có các đặc điểm
o Lị đốt cơ khí đem lại hiệu suất đốt tốt hơn đối với nhiên liệu rắn.
o Hệ thống thông gió bằng quạt hút, quạt đẩy và cân bằng giúp nâng cao
hiệu suất đốt.
o Yêu cầu chất lượng nước cao hơn nên cần phải có trạm xử lý nước
o Hiệu suất nhiệt cao hơn lò hơi Lancashire.

20


Lị hơi ống lửa
Hai ví dụ về lị hơi ống lửa là lò hơi trọn khối và lò hơi Lancashire

 Lị hơi trọn khối có đặc điểm nổi bật sau :
o Không gian buồng đốt nhỏ và tốc độ giải phóng nhiệt cao, dẫn đến tốc độ
bay hơi nhanh.
o Một số lượng lớn các ống có đường kính nhỏ dẫn đến hiệu quả truyền
nhiệt đối lưu tốt.
o Có hệ thống quạt đẩy hoặc hút, giúp đem lại hiệu suất cháy tốt.

o Có nhiều bậc truyền nhiệt đem lại hiệu suất truyền nhiệt tổng thể tốt.
o Hiệu suất nhiệt cao hơn so với các loại lò hơi khác.
 Lò hơi Lancashire
Lò hơi này có các đặc điểm:
21


o Khả năng dự trữ nhiệt lớn cho phép làm việc ổn định với các dao động tải
khác nhau.
o Có khả năng chịu được chất lượng nước cấp kém.
o Độ trơ nhiệt cao (do dự trữ nhiệt) làm cho khởi động chậm.
o Khả năng truyền nhiệt đối lưu kém làm cho hiệu suất nhiệt thấp.
Lị hơi tầng sơi
Lị hơi này có thể đốt nhiều loại nhiên liệu khác nhau, bao gồm cả than cấp thấp.
Ưu điểm quan trọng của hệ thống lị hơi tầng sơi là nhiệt độ đốt thấp 700 – 900 0C, dẫn
đến việc hình thành rất ít NO x, Oxit nitơ chứa nhiều khí nguy hiểm ảnh hưởng đến cơ
quan hơ hấp của con người và hình thành axit khi chúng trộn với độ ẩm trong khơng
khí. Có hai loại lị hơi tầng sơi:
o Lị hơi tầng sơi áp suất thường.
o Lị hơi tầng sơi áp lực lớn.

22

Tổn thất năng lượng có thể được chia thành 2 loại: tổn thất có thể phịng tránh
được và khơng phịng tránh được. Giảm loại tổn thất có thể tránh được, nghĩa là nâng
cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
4.2 Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lị hơi cơng nghiệp
Từ việc phân tích các tổn thất nhiệt, ta có các biện pháp sử dụng năng lượng
hiệu quả trong hệ thống lị hơi như sau:
- Kiểm sốt hệ số khơng khí thừa.
- Kiểm sốt nhiệt độ khói thải của lị hơi.
- Tận dụng nhiệt từ khói thải.
- Kiểm sốt lưu lượng nước xả đáy lò.
- Thu hồi nước ngưng.
- Kiểm sốt cách nhiệt cho hệ thống lị hơi.
 Kiểm sốt hệ số khơng khí thừa
Như đã phân tích ở trên, lượng khơng khí thừa sẽ ảnh hưởng lớn đến tổn thất
nhiệt lị hơi do đó việc kiểm sốt mức độ khơng khí thừa (hay %O2) trong khói sẽ là cơ
hội rất tốt để tiết kiệm năng lượng trong lò hơi.
Mục đích cuối cùng của việc kiểm sốt mức độ khơng khí thừa là phải xác lập
được một quy trình kiểm sốt lượng khơng khí thừa và xác định hiệu quả của quá trình
này. Muốn vậy cần phải xác định được nồng độ ơxy trong khói thải nhờ sử dụng bộ
phân tích khói hoặc máy phân tích ơxy (có thể đo một cách liên tục mà khơng cần lấy
mẫu khói thải).
Hệ số khơng khí thừa tối ưu cho q trình đốt có thể chọn theo bảng 1 hoặc có
thể dựa vào đồ thị hình 1.
23


 Kiểm sốt nhiệt độ khói thải
Để duy trì nhiệt độ khói thải tối ưu, trong vận hành phải tiến hành biện pháp sau
đây:

- Thường xuyên vệ sinh các bề mặt đốt lị hơi, ít nhất mỗi ca một lần, nếu nhiệt
độ khói thải vẫn tăng cao thì phải tăng tần suất vệ sinh.
- Duy trì hệ số khơng khí thừa ở mức độ tối ưu.
24