NHỮNG GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG KHI VẬN HÀNH VÀ SỬ DỤNG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ (P1)

PHẦN 1: THỰC TRẠNG TIÊU THỤ ĐIỆN VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TẠI VIỆT NAM

1.1. THỰC TRẠNG TIÊU THỤ ĐIỆN ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

Hiểu được thự trạng tiêu thụ điện điều hòa không khí tại Việt Nam, các đặc điểm tiêu thụ điện, chúng ta sẽ thấy rõ sự cần thiết của việc tiết kiệm điện trong điều hòa không khí.

Theo dự tính của nhà phân phối điện EVN thì trong năm 2009 sẽ bán khoảng chừng 77 tỷ kWh. Trong đó lượng điện cần dùng trong dân dụng chiếm khoảng 30% tức 23,1 tỷ kWh, điện sử dụng trong các hệ thống điều hòa chiếm đến 45% tổng lượng điện cần dùng trong dân dụng tức khoảng 10,4 tỷ kWh. Qua đây ta nhận thấy được các hệ thống điều hòa tiêu tốn một lượng điện năng tương đối lớn. Do tổng điện năng tiêu thụ điện điều hòa rất lớn, nếu tính ra tiền hằng năm tiêu thụ đến chừng 26.000 tỷ đồng. Việc tiết kiệm chỉ khoảng 10% cũng đủ mang lại một giá trị rất lớn.

Một trong những lý do khác là nhu cầu sử dụng máy điều hòa thường rơi vào thời điểm phụ tải điện cực đại đó là một nguyên nhân gây là thiếu hụt điện, đặc biệt là các tòa nhà cao ốc, khách sạn, nhà hàng thì nhu cầu tiêu thụ điện năng trong các hệ thống điều hòa cực lớn, điều này gây ảnh hưởng đển sản xuất và sinh hoạt của các hộ dân sử dụng điện.

Hiện nay với sự thay đổi bất thường của thời tiết, sự ra đời của nhiều hãng điều hòa và tình trạng nhập lậu các hàng điều hòa vào nước ta, làm cho giá thành của các sản phẩm điều hòa ngày càng giảm, ngày càng thông dụng, số lượng cung cấp lớn, đa dạng, thỏa mãn nhu cầu người tiêu dùng. Việc sử dụng các hệ thống điều hòa trở nên thông dụng phổ biến trong các hộ gia đình, điều này dẫn đến thực trạng là làm cho điện năng tiêu tốn cho các hệ thống điều hòa ngày càng tăng thêm, tổn thất điện năng cũng tăng theo.

Nói tóm lại, để cho việc sử dụng điện có hiệu quả và tiết kiệm trong các hệ thống điều hòa thì mọi người phải nắm được thực trạng tiêu thụ điện trong hệ thống các thiết bị điện dân dụng và công nghiệp nói chung, và hệ thống điều hòa nói riêng. Cần phải có sự tư vấn, quản lý của các cơ quan kiểm tra có thẩm quyền về điện để tránh lãng phí và sử dụng điện có hiệu quả trong các hệ thống điều hòa.

TT	Thành phần	Phần trăm (%)
1	Bố trí ánh sáng	7
2	TV, VCR, DVD	2
3	Máy tính và màn hình	2
4	Máy giặc và máy sấy khô áo quần	10
5	Máy rửa bát đĩa	2
6	Tủ lạnh	6
7	Bình đun nước nóng	11
8	Hệ thống điều hòa	45
9	Các thiết bị tiêu thụ điện khác	15

"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Qua bảng và biểu đồ tiêu thụ điện tính trung bình cho một hộ gia đình, ta có thể thấy được điện năng tiêu tốn cho hệ thống điều hòa là lớn nhất, chiếm đến 45% tổng lượng điện năng tiêu thụ của một hộ gia đình.

1.2. THỰC TRẠNG THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT

Một thực tế hiện nay là vấn đề phản biện các hồ sơ thiết kế còn rất hạn chế, vì vậy các nhà thầu cũng như các nhà tư vấn thiết kế chưa hẳn bao giờ cũng tính đến hiệu quả đầu tư cho nhà đầu tư, cũng như chi phí vận hành sau này dânx đến rất nhiều bất cập.

Trong một công trình xây dựng, ta có rất nhiều phương án để lựa chọn hệ thống điều hòa không khí sao cho phù hợp với kết cấu, độ thẩm mỹ, tiết kiệm điện năng khi vận hành và mục đích sử dụng điều hòa trong công trình. Để làm được điều đó điều, trước tiên ta phải nắm bắt một số chỉ tiêu cần thiết khi lựa chọn một trong các phương án điều hòa thích hợp với công trình. Đây là một việc làm tương đối phức tạp, đòi hỏi nhà thiết kế phải có kiến thức sâu và kinh nghiệm dày dặn trong thực tế để đưa ra phương án điều hòa tối ưu.

1.2.1. Một số chỉ tiêu cơ bản

Bảng 1-2: Bảng so sánh các chỉ tiêu cơ bản của các hệ thống điều hòa

Các chỉ tiêu	Hệ hai mảnh	Hệ VRV	Hệ chiller
Cấu tạo	- Có cấu tạo đơn giản, một máy điều hòa hai mảnh có các thiết bị chính sau: Dàn nóng, dàn lạnh, máy nén, đường ống gas, đường ống lỏng, remote điều khiển, đây điện điều khiển và dây điện động lực. - Về cấu tạo có thể tra trong các tài liệu kỹ thuật và cataloge của các hãng như dailkin, carrier, hitachi vv…	- Có cấu tạo gồm một số dàn nóng và nhiều dàn lạnh, các thiết bị chính có cấu tạo giống như điều hòa hai mảnh, nhưng ở dàn nóng và máy nén có công suất lớn hơn rất nhiều so với hệ hai mảnh. - Hệ VRV có đường ống gas có chiều dài cho phép dài hơn hệ hai mảnh rất nhiều, nên cho phép kéo dài khoảng cách giữa giàn nóng và dàn lạnh.	- Có cấu tạo phức tạp, trong hệ thống gồm các thiết bị chính sau: Cụm máy, bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt, tháp giải nhiệt, dàn lạnh (AHU, FCU), miệng thổi, miệng hút Đường ống cấp gió và và hồi gió, kênh thông gió và cấp gió tươi. - Các thiết bị chính được giới thiệu rất kỹ trong cataloge và các tài liệu kỹ thuật về hệ HVAC
Nguyên lý làm việc	- Làm việc theo một trong các sơ đồ sau: sơ đồ thẳng, sơ đồ tuần hoàn một cấp hoặc hai cấp. - Không khí được xử lý nhiệt ẩm tại các dàn lạnh trước khi thổi vào phòng. - Môi chất trao đổi nhiệt với không khí là freon.	- Làm việc theo một trong các sơ đồ sau: sơ đồ thẳng, sơ đồ tuần hoàn một cấp hoặc hai cấp. - Không khí được xử lý theo kiểu phân tán ở nhiều nơi. - Môi chất trao đổi nhiệt với không khí là freon.	- Làm việc theo một trong các sơ đồ sau: sơ đồ thẳng, sơ đồ tuần hoàn một cấp hoặc hai cấp. - Không khí được xử lý tại các AHU hoặc FCU, theo các ống gió và được thổi vào phòng qua các miệng thổi. - Chất tải lạnh trao đổi nhiệt với không khí là nước lạnh từ 7÷10⁰C.
Công suất lạnh	-Công suất lạnh nhỏ. -Từ 9.000÷60.000Btu/h	- Công suất lạnh trung bình.	- Công suất lạnh lớn. Từ vài chục đến vài trăm Ton.
Phạm vi ứng dụng	- Các công trình nhỏ và các hộ dân.	- Các công trình có công suất lạnh trung bình như hội trường, khu chung cư vv…	- Các công trình có công suất lạnh lớn, thường ở các tòa nhà cao ốc, viện khảo cổ, nhà trưng bày triển lảm vv…
Điện năng tiêu thụ	- Nhỏ nhất	- Trung bình	- Lớn
Độ thẩm mỹ	- Tùy theo công trình Thích hợp với những công trình nhỏ, ít phòng ốc.	- Tùy theo công trình Thích hợp với những nơi có nhiều phòng ốc.	- Tùy theo công trình. Thích hợp với những công trình lớn và có lợp laphong.
Giá thành	- Giá thành đầu tư rẽ và chi phí vận hành thấp.	- Giá thành lắp đặt đắt, chi phí vận hành cao hơn hệ hai mảnh.	- Giá thành đắt, chi phí vận hành cao hơn hai hệ trên.

1.2.2. Thực trạng một số công trình đã lắp đặt, thiết kế

Thực tế cho thấy một số nhà thiết kế và lắp đặt dựa trên một và tiêu chí cơ bản, mà không tính đến hiệu quả cũng như điện năng tiêu tốn cho quá trình vận hành các hệ thống điều hòa, dẫn đến tình trạng lãng phí điện năng và không kinh tế về mặt thiết kế.

Qua tìm hiểu thực tế, chúng tôi xin nêu ra một số thực trạng lắp đặt, thiết kế không đúng quy chuẩn kỹ thuật và không hợp lý, dẫn đến điện năng tiêu tốn cho hệ thống lớn.

1.2.2.1. Áp dụng tùy tiện hệ thống Water Chiller cho nhiều công trình

Hệ thống water chiller có nhiều ưu điểm vượt trội trong quá trình thiết kế và vận hành như: Công suất lạnh lớn, hệ thống đường ống nước gọn nhẹ không ảnh hưởng về chiều dài cũng như chênh lệch về độ cao, hoạt động ít phụ thuộc và thời tiết, khả năng tự động hóa cao vv…

Tuy nhiên điện năng tiêu tốn ở các hệ thống điều hòa trung tâm là lớn nhất, ví dụ như các tòa nhà cao ốc ngốn rất nhiều điện năng cho việc vận hành hệ thống điều hòa, các nhà đầu tư mỗi tháng phải trả tiền điện cho khoảng điều hòa rất nhiều.

Nên hệ thống điều hòa không khí Water Chiller chỉ thích hợp cho những công trình lớn, rất lớn, và thường xuyên hoạt động với phụ tải lớn. Còn với một số công trình nhỏ, vừa thì không nên sử dụng hệ thống này vì điện năng tiêu tốn cho một đơn vị công suất lạnh rất lớn.

Thực tế cho thấy một số công trình vừa và nhỏ sau khi lắp đặt xong hệ thống này thì không hoặc ít sử dụng do chi phí vận hành lớn. Một số công trình cụ thể:

- Trung tâm học liệu Đại Học Đà nẵng.

- Công ty dệt may Hòa Thọ-Tp Đà Nẵng.

- Khách sạn Phương Đông-Vinh.

Do vậy khi thiết kế và lựa chọn hệ thống điều hòa Water Chiller cho một công trình cần chú ý đến khả năng hoạt động có hiệu quả của hệ thống, không nên sử dụng tùy tiện hệ thống chiller cho nhiều công trình.

1.2.2.2. Thiết kế sơ đồ thẳng mà không có hồi nhiệt

Trong quá trình thiết kế, ta có thể sử dụng sơ đồ thẳng hoặc sơ đồ tái tuần hoàn không khí. Vậy nên ứng dụng mỗi sơ đồ để thiết kế cho một hệ thống điều hòa khi nào. Để giải quyết vấn đề ta phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn các phương án, cho không gian điều hòa.

- Sơ đồ thẳng được sử dụng khi không khí thải có hàm lượng chất độc hại cao, điều kiện vệ sinh không đảm bảo. Toàn bộ không khí thải được thải ra ngoài thông qua cửa thải gió.

- Sơ đồ tái tuần hoàn được sử dụng khi không khí thải có nồng độ chất độc hại không cao, điều kiện vệ sinh tương đối tốt. Phần lớn không khí thải được hồi lại thiết bị xử lý không khí và được hòa trộn với không khí tươi. Mục đích của phương pháp này là tận dụng nhiệt của không khí thải, làm giảm thời gian xử lý không khí trước khi thổi vào phòng, tức giảm điện năng tiêu tốn cho quá trình xử lý không khí.

Thực tế cho thấy một số công trình sử dụng sơ đồ thẳng với mục đích là tiết kiệm chi phí lắp đặt (do không phải thiết kế kênh gió hồi) mà không suy xét ảnh hưởng của việc hồi gió đến chi phí vận hành hệ thống. Dẫn đến điện năng tiêu tốn cho hệ thống trong quá trình vận hành lớn, không kinh tế.

1.2.2.3. Không hồi nhiệt giữa không khí tươi và không khí thải trong phòng

Việc cấp khí tươi trực tiếp vào phòng có ưu điểm là có thể cấp vào những khu vực cần thiết theo chủ ý của người thiết kế. Tuy nhiên do nhiệt độ không khí tươi khác nhiệt độ không khí trong phòng, nên nếu bố trí không điều có thể làm cho trường nhiệt độ không khí trong phòng không điều, và làm tăng nhiệt thừa tức làm tăng công suất lạnh cần thiết cho hệ thống, điều này dẫn đến việc làm tăng điện năng cho quá trình xử lý không khí. Tốt nhất ta nên thực hiện hồi nhiệt giữa không khí tươi và không khí thải trong phòng.

1.2.2.4. Thiết kế đường ống gió quá dài, đường ống nước quá dài

Khi thiết kế đường ống gió và đường ống nước quá dài thì tổn thất áp suất trong hệ thống tăng. Cột áp yêu cầu của bơm hay quạt tăng, dẫn đến bơm, quạt làm việc trong điều kiện nặng nề, điện năng tiêu tốn cho bơm và quạt lớn.

Do vậy khi thiết kế và thi công đường ống nước ta nên chú ý điến việc di đường ống gió và đường ống nước sao cho đường ống không quá dài, không cần thiết.

1.2.2.5. Bố trí dàn nóng nơi quá nóng, chật hẹp, không gian không thông thoáng

Những yếu tố đề cập trong mục này điều làm cho nhiệt độ ngưng tụ tăng, khả năng giải nhiệt cho hơi môi chất giảm, dẫn đến hệ số làm lạnh giảm, hiệu quả làm việc của hệ thống giảm, tổn thất điện năng trong hệ thống tăng.

Thực tế cho thấy có một số công trình lắp đặt hệ thống điều hòa hai mảnh, do muốn tiết kiệm không gian và đảm bảo độ thẩm mỹ người ta thường lắp đặt dàn nóng ở những vị trí như ở trên mái nhà, ở những góc hẻm để không trông thấy giàn nóng. Nhưng việc làm này, theo như phân tích ở trên thì sẽ làm giảm năng suất làm lạnh, và gián tiếp làm tăng điện năng tiêu tốn cho hệ thống.

1.2.2.6. Chọn công suất dự trữ bơm quạt quá lớn

Khi lựa chọn công suất dự trữ bơm quạt quá lớn dẫn đến điện năng tiêu tốn cho bơm quạt lớn mà không cần thiết, đó làm một trong những lãng phí không cần thiết trong quá trình thiết kế. Thông thường người ta chọn công suất dự trữ N_dtr = (1÷1,15)N_lv để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn.

1.2.2.7. Đường ống gas quá dài

Khi lắp đường ống gas quá dài thì tổn thất áp suất đường ống tăng, dẫn đến áp suất của môi chất trước khi qua van tiết lưu giảm so với mức bình thường, kéo theo áp suất bay hơi giảm. Khi áp suất bay hơi giảm thì năng suất lạnh giảm, làm giảm hiệu quả làm việc của máy nén, tăng điện năng tiêu tốn cho quá trình làm lạnh không khí.

Do đó việc lắp đặt đường ống gas phải tuân theo các tài liệu kỹ thuật về thiết kế hệ thống điều hòa.

1.2.2.8. Lắp đặt không đúng hồi dầu kém làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt

Trong thực tế có nhiều công trình sử dụng hệ thống điều hòa hai mảnh, nhưng dàn nóng dặt ở trên cao trong khi dàn lạnh thì đặt ở dưới thấp làm cho việc hồi dầu không được, dầu nổi lên trên bề mặt trao đổi nhiệt trong thiết bị bay hơi (do dầu nhẹ hơn feron) cản trở quá trình bay hơi, dẫn đến hiệu quả trao đổi nhiệt giảm, năng suất lạnh giảm, điện năng tiêu tốn cho hệ thống tăng.

Thông thường ở đầu ra của dàn lạnh người ta thường bố trí các bẩy dầu, nhưng nếu sử dụng nhiều bẩy dầu quá thì sẽ làm cho năng suất làm lạnh của hệ thống giảm.

1.2.2.9. Không thực hiện hồi nhiệt giữa ống dịch và ống gas.

Ta biết rằng khi trước khi hơi hút về máy nén phải là hơi quá nhiệt, và để hơi hút về máy nén là hơi quá nhiệt thì phải thực hiện quá nhiệt cho hơi môi chất từ trạng thái hơi bão hòa khô trở thành hơi quá nhiệt.

Trong hệ thống điều hòa việc làm đơn giản, hiệu quả nhất là kẹp hai ống cấp dịch lỏng và gas với nhau, để quá nhiệt cho hơi bảo hòa trước khi hút về máy nén, và giảm tổn thất nhiệt cho lõng cao áp trước khi tiết lưu vào dàn bay hơi. Việc làm này sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng hệ thống điều hòa.

Nhưng trong thực tế nhiều hệ thống điều hòa không thực hiện việc hồi nhiệt bằng cách trên, hoặc không thực hiện việc hồi nhiệt. Với phân tích trên thì ta thấy nếu không sử dụng việc hồi nhiệt thì hiệu quả sử dụng của hệ thống không cao.

1.2.2.10. Dàn nóng ảnh hưởng qua lại nhau

Trong thực tế lắp đặt một số người lắp đặt không chú ý đến ảnh hưởng qua lại của các dàn nóng khi đặt cạnh nhau, cụ thể như sau:

Khi đặt các dàn nóng hướng vào nhau thì gió nóng của dàn này thổi vào dàn kia và ngược lại

Khi các dàn nóng đặt song song nhau trên cùng một đường thẳng thì gió nóng ở dàn sau sẽ thổi vào dàn trước.

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.

1.2.2.11. Gió dàn nóng thoát khó khăn do bị cản trở vật chắn phía trước

Khi lắp đặt dàn nóng ta không nên lắp đặt hướng vào tường, còn nếu trường hợp không gian hẹp và do vị trí lắp đặt bắt buộc phải lắp dàn nóng kiểu như vậy thì khoảng cách tối thiểu từ dàn nóng đến tường là 500 mm.

1.3. THỰC TRẠNG VẬN HÀNH VÀ SỬ DỤNG

1.3.1 Đặt nhiệt độ phòng quá thấp

Khi đặt nhiệt độ phòng quá thấp (khoảng 16⁰C) sẽ dẫn đến khả năng làm lạnh và làm khô của thiết bị xử lý không khí tăng, quá trình xử lý không khí diễn ra lâu hơn so với quá trình xử lý không khí khi nhiệt độ phòng cao, tức là điện năng tiêu tốn cho quá trình xử lý không khí càng nhiều.

Người ta tính được khi tăng nhiệt độ phòng lên 10⁰C thì điện năng tiêu tốn cho quá trình xử lý không khí giảm đi 10%.

Khi nhiệt độ phòng đặt quá thấp thì quá trình xử lý không khí trước khi thổi vào phòng phải diễn ra liên tục để đảm bảo cho nhiệt độ phòng luôn đạt theo yêu cầu đặt ra. Đồng nghĩa với máy nén phải làm việc liên tục, tuổi thọ của máy nén giảm.

Hơn nữa khi nhiệt độ phòng đặt quá thấp thì chênh lệch nhiệt độ giữa cơ thể con người và môi trường lớn, con người mất nhiều nhiệt (do nhiệt hiện tăng) gây ra cảm giác lạnh. Nên khi đặt nhiệt độ quá thấp thì dễ gây mất cân bằng quá trình trao đổi nhiệt giữa cơ thể và môi trường, sinh ra đau ốm.

Nhiệt độ phòng nên đặt ở 25÷27 ⁰C là thích hợp với khí hậu ở Việt Nam, và tiết kiệm được điện năng tiêu tốn trong quá trình vận hành các hệ thống điều hòa.

1.3.2. Sử dụng dàn nóng để phơi áo quần hoặc sấy khô các vật ẩm

Khi sử dụng dàn nóng như một thiết bị sấy, các vật ướt khi bốc hơi đem theo một lượng nhiệt (nhiệt lượng dùng để hóa hơi và nhiệt để phá vỡ liên kết giữa nước và vật cần làm khô) dẫn đến khả năng giải nhiệt cho dàn nóng giảm vì một phần dùng để cung cấp nhiệt cho quá trình bốc hơi nước. Làm cho nhiệt độ ngưng tụ tăng, công suất lạnh giảm. Công tiêu tốn cho máy nén tăng, hệ thống tiêu tốn nhiều điện năng.

1.3.3. Không vệ sinh dàn nóng và dàn lạnh

Khi dàn nóng và dàn lạnh trong hệ điều hòa hai mảnh bị bám bẩn, thì khả năng trao đổi nhiệt giữa không khí với các thiết bị trao đổi nhiệt giảm, làm cho hiệu suất của hệ thống giảm. Tổn thất điện năng của hệ thống tăng.

Thường đối với hệ thống điều hòa hai mảnh thì cứ 6 tháng người ta tiến hành vệ sinh dàn lạnh một lần.

1.3.4. Vừa tắt máy lại bật lại ngay

Khi tắt máy do một lý do nào đó, ta không nên bật lại ngay, vì khi tắt máy các hệ thiết bị trong hệ thống điều hòa như dàn nóng và dàn lạnh vẫn còn làm việc, nếu ta bậc lai ngay thì máy nén phải làm việc trong điều kiện quá tải, dễ làm hỏng máy.

Hơn nữa khi dừng máy khì động cơ của máy vẫn còn quay theo quán tính, ta bậc máy lại thì sẽ sinh ra một mô men quay chống lại với mô men quay theo quán tính, làm cho động cơ bị gì. Mặt khác dòng điện khởi động rất lớn làm cho khả năng phát nhiệt rất lớn. Chính hai điều này làm cho động cơ của máy nén dễ xãy ra khả năng hỏng hóc.

Nói tóm lại còn nhiều vấn đề cần đặt ra trong thực tế vận hành, nhưng tôi xin nêu ra một số thực trạng thường gặp trong các hệ thống điều hòa. Ta có thể tham khảo vấn đề này trong các tài liệu kỹ thuật, trên đài báo và Internet.

1.3.5. Những vấn đề tồn đọng cần giải quyết

Khi đánh giá thực trạng tiêu thụ điện ta thấy được một số vấn đề tồn đọng cần phải giải quyết như sau:

- Điện năng tiêu thụ cho các hệ thống điều hòa tương đối lớn do người sử dụng chưa có kiến thức trong việc sử dụng các hệ thống điều hòa.

- Đa số các nhà thiết kế hệ thống điều hòa thường chạy theo mẫu mã mà ít quan tâm đến điện năng tiêu tốn cho hệ thống trong quá trình vận hành, dẫn đến hiệu quả kinh tế trong vận hành và lắp đặt không cao.

- Việc đặt nhiệt độ phòng quá thấp là nguyên nhân làm cho tổn thất năng lượng từ hệ thống ra ngoài.

- Thiết kế lắp đặt dàn nóng không đúng tiêu chuẩn kỹ thuật dẫn đến hiệu quả làm việc của hệ thống không cao.

Tóm lại đây là những vấn đề chính còn tồn đọng trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống, những vấn đề này sẽ được làm rõ ở các chương tiếp theo.

Các bạn đón xem

PHẦN 2: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC GIẢI PHÁP TIẾTKIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT

Nguồn bài viết: Khoa Nhiệt - Trường ĐHBK Đà Nẵng