PGS-TS.Hoàng Ngọc Đồng Khoa Công nghệ Nhiệt điên lạnh -Trường ĐHBK Đà Nẵng Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu khả năng tiết kiệm năng lượng của bình nước nóng sử dụng bơm nhiệt dựa vào việc tín
Trang 1NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO BÌNH NƯỚC NÓNG
SỬ DỤNG BƠM NHIỆT
A STUDY ON THE ABILITY OF POWER SAVING OF HEAT PUMP WATER HEATER
Bùi Ngọc Dũng
Lớp: 06N2, Khoa: Công nghệ Nhiệt điên lạnh
PGS-TS.Hoàng Ngọc Đồng
Khoa Công nghệ Nhiệt điên lạnh -Trường ĐHBK Đà Nẵng
Tóm tắt:
Bài báo nghiên cứu khả năng tiết kiệm năng lượng của bình nước nóng sử dụng bơm nhiệt dựa vào việc tính toán ,so sánh hiệu quả sử dụng năng lượng giữa các phương án sản xuất nước nóng khác nhau từ đó xác định được hiệu quả của từng phương án và rút ra được phương án nào là hiệu quả nhất để làm cơ sở lựa chọn và ứng dụng rộng rãi phương án sản xuất nước nóng hiệu quả
và tiết kiệm trong dân dụng và công nghiệp
Abstract:
The article investigates the ability of power saving of heat pump water based on calculating and comparing power efficiency between different plans of hot water production in order to specify the effectiveness of each plan as well as determine which plan is the most effective as a foundation for selection and widespread application of the effective hot water production plan and save in the civil and industrial fields.
1 Mở đầu
Ngày nay chi phí năng lượng (NL) cho các quá trình sản xuất và đời sống ngày càng tăng cao
và con người phải đối mặt với sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng không tái sinh
Với việc tận dụng năng lượng nhiệt sẵn có của không khí và truyền lượng nhi ệt này cho nước trong bình ngưng nên bình nước nóng bơm nhiệt tiết kiệm được 3/4 điện năng tiêu thụ Vì vậy
sử dụng bình nước nóng bơm nhiệt trong sản xuất nước nóng sinh hoạt là một giải pháp thiết thực góp phần vào việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả hiện nay
Bơm nhiệt đun nước nóng hoạt động dựa trên nguyên ly của một bơm nhiệt nên việc tính toán
thiết bị dựa trên chu trình bơm nhiệt
2 Cấu tạo bình nước nóng sử dụng bơm nhiệt
Hình 1.Cấu tạo bình đun nước nóng sử dụng bơm nhiệt
Trang 23 Kết quả tính toán chu trình bơm nhiệt
3.1 Các thông số điểm nút của chu trình bơm nhiệt
3.1.1 Sơ đồ, nguyên lý của chu trình bơm nhiệt
NT
BH
qk
qo
qk
qo
qk=qo+l Tk
Tk l R134a
1
2 3
3' 4
1 1'
2 3
3'
4
P k , T k
P 0 , T 0
P k , T k
P o , T o
T k
T 0
P k
P o
i
S
1'
3.1.2.Các thông số tính toán
Bảng 1.Thông số các điểm nút của chu trình bơm nhiệt:
STT
Điểm
nút
Nhiệt độ (0C)
Áp suất P(bar)
Entanpi i(kJ/kg)
Entropi s(kJ/kg)
Thể tích riêng v(m3/kg)
Trạng thái
3.1.3 Tính toán chu trình.
+ Năng suất nhiệt riêng bình ngưng tụ: qk= i2-i3=141,8 kJ/kg
+ Năng suất lạnh riêng của dàn bay hơi: q0=i1-i4=116,6 kJ/kg
+ Công nén riêng: l= i2– i1’=32,5 kJ/kg
+Công nén tính theo cân bằng năng lượng : l =qk– q0= 25,2 kJ/kg
141,8
q
Hình 2.Nguyên lý làm việc của bơm
nhiệt nén hơi 1 cấp
Hình 3.Đồ thị T-s và p-i của chu trình bơm nhiệt 1 cấp
Trang 34 Đánh giá hiệu quả ứng dụng bơm nhiệt để sản xuất nước nóng
4.1.1 Cơ sở đánh giá
Dựa vào việc tính toán thông số các điểm nút của chu trình bơm nhiệt,tổng lượng nước nóng tiêu thụ cho một hộ gia đình có 4 người trong một ngày V = 200 lít/ngày qua đó tính được tổng lượng nhiệt yêu cầu để sản xuất đủ lượng nước nóng dùng trong một năm (tính riêng cho
mùa đông và mùa hè) cho một hộ gia đình:H = 4380 kWh.Từ đó làm cơ sở cho khảo sát tính
toán hiệu quả của 3 phương án đun nước nóng phổ biến hiện nay trong cùng một điều kiền làm việc: :Phương án sử dụng điện,phương án sử dụng Năng lượng mặt trời(NLMT) kết hợp
điện và phương án sử d ụng bình nước nóng sử dụng bơm nhiệt, chọn phương án điện làm
chuẩn từ đó so sánh hiệu quả các phương án
4.1.2 Về chi phí đầu tư ban đầu:
Chọn phương án điện làm chuẩn.Nhìn vào biểu đồ chi phí đầu tư và biểu đồ so sánh các
phương án sản xuất nước nóng ta nhận thấy:Phương án sử dụng b ơm nhiệt có chi phí đầu tư
cao nhất,mặc dù phương án sử dụng NLMT kết hợp điện có chi phí đầu tư thấp hơn nhưng
vào mùa đông hệ thống làm việc không liên tục,hơn 60% thời gian củamùa đông thời tiết
không thuận lợi nên phương án này khôngkhả thi bằng phương án s ử dụng bình nước nóng
bơm nhiệt
Hình 4 Biểu đồ chi phí đầu tư ban đầu và so sánh chi phí đầu từ giữa các phương án
6
1
16.5
2.75
17
2.83
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Sử dụng điện Sử dụng NLMT +
điện
Sử dụng bơm nhiệt
Chi phí đầu tư ban đầu[triệu đồng]
So sánh chi phí đầu tư với PA điện [%]
Trang 44.1.3.Về chi phí vận hành
Khi so sánh với phương án
điện thì có thể thấy rằng:Chi
phí vận hành của phương án
sử dụng bình nước nóng sử
dụng bơm nhiệt thấp nhất
bằng 22,5% phương án
điện.Phương án sử dụng
bình nước nóng sử dụng
bơm nhiệt có chi phí đầu tư
ban đầu cao nhất nhưng lại
tiết kiệm nhất trong chi phí
vận hành và xét về hiệu quả sử dụng điện thì phương án này là kinh tế n hất.Mặt khác phương
án đun nước nóng bằng điện còn gây nguy hiểm cho người dùng
4.1.4.Về giá thành sản xuất nhiệt
Nhìn vào biểu đồ so
sánh giá thành sản xuất
nhiệt thì phương án đun
nước nóng bằng bơm
nhiệt kinh tế nhất mặc
dù phương án này có
mức chi phí ban đầu cao
nhưng với thời gian
hoàn vốn ngắn 4,7 năm
(so với phương án
điện)
4.2 Kết quả so sánh đánh giá các phương án sản xuất nước nóng
Từ kết quả đánh giá so hiệu quả các phương án đun nước nóng ta rút ra được bảng kết quả
đánh giá các phương án sản xuất nước nóng như sau:
Bảng 2 Kết quả so sánh đánh giá các phương án sản xuất nước nóng
Các phương án
Chi phí đầu tư ban
Phi phí vận hành
Tuổi thọ [năm]
Chi phí sản xuất nhiệt [VNĐ/kWh
1632
100
948
58.1
628
38.5 0
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Sử dụng điện Sử dụng NLMT
+ điện
Sử dụng bơm nhiệt
Giá thành sản xuất nhiệt [VNĐ/kWh]
So sánh giá thành sản xuất nhiệt [%]
4.6 100
2.2
47.6
1 22.5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Sử dụng điện Sử dụng
NLMT + điện
Sử dụng bơm nhiệt
Chi phí vận hành [triệu đồng/năm]
So sánh chi phí vận hành với PA điện[%]
Hình 5 Biểu đồ chi phí vận hành và so sánh chi phí vận hành giữa các
phương án
Hình 6 Biểu đồ giá thành sản xuất nhiệt và so sánh giá thành sản xuất
nhiệt của các phương án
Trang 5Sử dụng NLMT kết hợp
điện
Sử dụng bình nước nóng
sử dụng bơm nhiệt
Bảng 3.Sự thay đổi các mặt đánh giá so với phương án sử dụng điện để đun nước nóng
Các loại chi phí Các phương án đung nước nóng Sự thay đổi
Chi phí lắp đặt +Phương án dùng điện
+Phương án dùng NLMT + điện +Phương án dùng bình nước nóng bơm
nhiệt
Chuẩn
Tăng 2,75 lần Tăng 2,83 lần
Chi phí vận hành +Phương án dùng điện
+Phương án dùng NLMT + điện +Phươn án dùng bình nước nóng bơm
nhiệt
Chuẩn Giảm 52,4% Giảm 77,5%
Giá thánh sản xuất nhiệt +Phương án dùng điện
+Phương án dùng NLMT + điện +Phươn án dùng bình nước nóng bơm
nhiệt
Chuẩn Giảm 41,9% Giảm 61,5%
Bảng 4 Bảng so sánh hiệu quả kinh tế của phương án đun nước nóng bằng bơm nhiệt với các
phương án đun nước nóng khác
ĐIỆN
DÙNG BƠM NHIỆT
dùng/ngày
5 Chi phí sử dụng/tháng 390.000VNĐ 185.000VNĐ 87.000VNĐ
6 Chi phí sử dụng/năm 4.680.000VNĐ 2.226.739VNĐ 1.052.090VNĐ
Trang 610 Chi phí điện trong 15
năm
tiếp
13 Tổng chi phí trong 15
năm
14 Số tiền tiết kiệm trong 15
năm
Như vậy: Chỉ cần đầu tư 1 máy sản xuất nước nóng kiểu bơm nhiệt(bình đun nước nóng sử dụng bơm nhiệt) 200 lít cho hộ 4 người sử dụng.Sau 4 năm và 7 tháng sử dụng đã hoàn toàn thu hồi vốn; và 10 năm 5 tháng sau đó vẫn sử dụng bình thường mà không phải tốn chi phí đầu tư lại từ đầu Tiết kiệm cho bạn một khoản chi phí sau thời gian sử dụng miễn phí là:
(390.000 -87.000) x 125 tháng = 37.873.000 (VNĐ) Và sau 15 năm thì tổng số tiền tiết kiệm
được là 49.418.650 VNĐ,nếu sử dụng ở quy mô lớn hơn như khách sạn hoặc khu chung cư thì số tiền tiết kiệm được khi đun nước nóng bằng bơm nhiệt sẻ còn lớn hơn rất nhiều
5 Kết luận:
Bơm nhiệt đun nước nóng là thiết bị có nhiều ưu điểm nổ bật,ngoài ưu điểm về hiệu quả sử
dụng năng lượng nó còn có nhiều ưu điểm khác như: giá thành vận hành thấp ,đặc biệt thiết bị
không gây ô nhiễm môi trường khi sử dụng Mặt khác thời gian hoàn vốn so với phương án đun nước nóng dùng điện chỉ trong 4,7 năm Và sau 15 năm thì tổng số tiền tiết kiêmh được là 49.418.650 VNĐ,nếu sử dụng ở quy mô lớn hơn như khách sạn hoặc khu chung cư thì số tiền tiết kiệm được khi đun nước nóng bằng bơm nhiệt sẻ còn lớn hơn rất nhiều.Vì thế bơm nhiệt đun nước nóng là phương án sản xuất nước nóng sinh hoạt tiết kiệm và hiệu quả nhất đối với khu vực miền bắc nước ta để thay thế phương án đun nước nóng bằng điện trở đang được sử
dụng rộng rãi hiện nay,góp phần vào việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đảm bảo
an ninh năng lượng quốc gia trong giai đoạn hội nhập kinh tế quốc tế
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Đinh Văn Thuận, Kỹ Thuật Lạnh ứng Dụng, Nhà Xuất Bản Giáo Dục
[2] PGS.TS.Võ Chí Chính-PGS.TS.Đinh Văn Thuận,Hệ thống máy và thiết bị lạnh,NXB
khoa học kỹ thuật
