Ứng dụng vật liệu biến đổi pha để đáp ứng yêu cầu sử dụng hiệu quả năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm

--- TRẦN HỮU PHƯỚC ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA ĐỂ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT MÃ NGÀNH:

-

TRẦN HỮU PHƯỚC

ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA ĐỂ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU

SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG

ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT

MÃ NGÀNH: 60.52.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2008

-

TRẦN HỮU PHƯỚC

ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA ĐỂ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU

SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG

ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT

MÃ NGÀNH : 60.52.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC MSHV: 00604152

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2008

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS LÊ CHÍ HIỆP

………

………

………

………

………

………

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: ………

………

………

………

………

………

………

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: ………

………

………

………

………

………

………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng …… năm 2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

- -oOo -

Tp HCM, ngày 29 tháng 11 năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ NHIỆT

Khoá: 2004 (CNNK15)

1 - TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA ĐỂ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

1 Nghiên cứu về các vật liệu biến đổi pha (PCM) và công nghệ bình tích trữ lạnh

2 Khả năng ứng dụng các vật liệu biến đổi pha (PCM) vào công trình (dự án)

cụ thể và phát triển mở rộng ứng dụng này vào hàng loạt các công trình (dự án) đã được phân loại để thấy được sự tích cực của việc ứng dụng vật liệu biến đổi pha (PCM) nhằm góp phần vào việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường trong công cuộc đổi mới đất nước thời kỳ hội nhập, nhằm đáp ứng hiệu quả sử dụng năng lượng trong các hệ thống Điều hòa không khí trung tâm

3 Rút ra các kết luận về kinh tế, kỹ thuật, môi trường và tiềm năng ứng dụng của công nghệ này

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02 – 07 – 2007

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 29 – 11 – 2008

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS LÊ CHÍ HIỆP

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

-o0o -

Trước tiên tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến toàn thể Thầy, Cô trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung, các Thầy, Cô bộ môn CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH, những người đã hướng dẫn, hỗ trợ và cung cấp giúp đỡ em trong suốt chương trình đào tạo Đại Học, hai năm khóa đào tạo chương trình Thạc sĩ của Bộ môn

và Luận văn Thạc sĩ này

Em xin chân thành biết ơn Thầy PGS TS LÊ CHÍ HIỆP, người đã hướng dẫn và hỗ trợ

em trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn được hoàn thành

Xin cảm ơn các Anh, Chị và các bạn cùng lớp cao học khóa 15 chuyên ngành Công Nghệ Nhiệt, những người đã cùng tôi vượt qua những khó khăn và đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong suốt khóa học

Xin chân thành cảm ơn các cơ quan, công ty bạn đã hỗ trợ tôi trong việc xác định các thông số và thông tin liên quan đến luận văn này, mà đặc biệt là công ty Tư vân thiết

kế và quản lý dự án Meinhardt Philipin, Chủ đầu tư Công ty cổ phần ngoại thương và phát triển đầu tư Tp Hồ Chí Minh (FIDECO)

Sau cùng, xin chân thành cảm ơn tất cả những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này

Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 11 năm 2008

TRẦN HỮU PHƯỚC

Trong xu thế phát triển của xã hội Việt Nam hiện nay, nhiệm vụ đặt ra cho mỗi ngành,

và lĩnh vực để góp phần vào việc xây dựng đất nước là khác nhau Chúng ta nói rất nhiều về các giải pháp tiết kiệm và sử dụng hiệu quả năng lượng, thì luận văn này đang

cố gắng đưa ra một giải pháp, đó là ứng dụng các vật liệu biến đội pha (PCM) để tích trữ năng lượng vào những giờ thấp điểm và sử dụng chúng vào những giờ cao điểm

Để làm được điều này thì chúng ta phải dựa rất nhiều vào công nghệ hóa học và lý thuyết nhiệt động lực học, thông qua vật liệu này chúng ta có thể trữ được năng lượng theo ý muốn tại những nhiệt độ mong muốn Do nhu cầu phát triển hiện nay của các ngành dịch vụ nên nhu cầu về sự tiện nghi là không thể thiếu, do đó, luận văn này hướng chúng ta ứng dụng vật liệu biến đổi pha (PCM) vào các hệ thống Điều hòa không khí trung tâm, vì hệ thống này tiêu tốn một lượng năng lượng rất khổng lồ trong các tòa nhà Tuy nhiên, thông qua giải pháp công nghệ này chúng ta sẽ không chỉ tiết kiệm và sử dụng được hiệu quả năng lượng mà còn giúp:

- Tiết kiệm được chi phí đầu tư ban đầu thiết bị hệ thống;

- Tăng tuổi thọ hệ thống;

- Giảm chi phí bảo dưỡng;

- Tăng hiệu suất hệ thống;

- Tiết kiệm được chi phí năng lượng;

- Thân thiện môi trường

Luận văn đã thực hiện các tính toán cho một công trình cụ thể để từ đó đánh giá phát triển mở rộng cho một loạt các công trình ở địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh Nhằm nghiên cứu tính hiệu quả và khả thi của công nghệ vật liệu biến đổi pha (PCM)

Tuy đã cố gắng thực hiện luận văn thạc sĩ này song do điều kiện thực tế về các thực nghiệm nên luận văn vẫn còn những hạn chế về nội dung và tính toán Nhưng tôi tin rằng kết quả nghiên cứu sẽ mở rộng ra một con đường tiết kiệm và sử dụng hiệu quả năng lượng cho đất nước ta hiện nay Luận văn còn có giá trị cho các nhà đầu tư, các

kỹ sư tham khảo cho hoạt động khoa học của mình cũng như tìm hiểu và vận dụng , áp dụng cho việc thiết kế các hệ thống Điều Hòa Không Khí Trung Tâm, trong quá trình xây dựng đất nước thời kỳ hiện đại hóa và hội nhập tổ chức thương mại thế giới

- dtlm 1 : độ chênh nhiệt độ trung bình logarit trong quá trình trữ (°C)

- dtlm 2 : độ chênh nhiệt độ trung bình logarit trong quá trình giải phóng (°C)

- DSTL : cường độ nhiệt tích trữ

- kvfu : hệ số truyền nhiệt trong quá trình tan chảy (kW/°C/ m3)

- kvcr : hệ số truyền nhiệt tới hạn (kW/°C/ m3)

- P : tải yêu cầu (kW)

- Pc : tải nạp (kW)

- Pm : tải tức thời cực đại (kW)

- Pmin : tải tức thời cực tiểu (kW)

- tpd : hàm thời gian trong quá trình sản xuất trực tiếp (h)

MỤC LỤC

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 11

ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA 11

1.1 Tổng quan về Điều Hòa Không Khí 11

1.2 Tổng quan về tích trữ năng lượng và vật liệu biến đổi pha 13

1.3 Lựa chọn vật liệu biến đổi pha phù hợp với ứng dụng Điều Hòa Không Khí 22

1.4 Phân tích tính chất hóa học của vật liệu biến đổi pha 24

1.5 Các phương trình và công thức tính toán liên quan đến quá trình biến đổi pha của vật liệu (PCM) 28

1.6 Ứng dụng vật liệu biến đổi pha trên thế giới 31

CHƯƠNG 2 39

HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ – THIẾT LẬP CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TẢI LẠNH, ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ VÀ SƠ ĐỒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH 39

2.1 Thiết lập đường đặc tính tải lạnh và công suất điện năng tiêu thụ 40

2.2 Thiết lập các sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh 44

2.3 Tính toán bình tích trữ lạnh cho hệ thống 50

2.4 Các phương trình và công thức tính toán 52

CHƯƠNG 3 55

ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHAVÀO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM CAO ỐC VĂN PHÒNG FEDICO (FEDICO TOWER – 81-85 HÀM NGHI, QUẬN 1, TP.HCM) 55

3.1 Tính tải lạnh tòa nhà 55

3.2 Thiết lập đường đặc tính tải lạnh và điện năng tiêu thụ 57

3.3 Lựa chọn các thiết bị và thiết lập hệ thống 76

3.4 Tính toán bình tích trữ và giàn trao đổi nhiêt 78

CHƯƠNG 4 84

PHÂN TÍCH VÀ PHÁT TRIỂN RỘNG CÁC ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA (PCM) 84

4.1 Các bảng thống kê và tính toán các thông số của các khách sạn và cao ốc văn phòng 84

4.2 Phân tích khả năng ứng dụng 95

CHƯƠNG 5 97

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA (PCM) VÀ CÁC KẾT LUẬN 97

5.1 Tình hình ứng dụng trong nước 97

5.2 Kinh tế kỹ thuật 99

5.3 Mỹ quan 102

5.4 Tác đông môi trường 103

PHỤ LỤC 105

Phụ lục 1 Các loại bình tích trữ lạnh chứa PCM 105

Phụ lục 2 – Các tính toán từ tải lạnh từ phần mềm TRACE 700 V6.0 107

Phụ lục 3 – Lựa chọn máy làm lạnh trung tâm qua phần mềm E-20 Carrier 140

Phụ lục 4 – Biểu giá điện do EVN phát hành 142

Phụ lục 5 – Phần mềm phân tích, tính toán và so sánh giữa các phương án 145

Phụ lục 6 – Thiết lập đường đặc tính tải lạnh theo 24 giờ [2] 148

TÀI LIỆU THAM KHẢO 149

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu thế phát triển đất nước hiện nay các ngành công nghiệp, nông nghiệp và các dịch vụ đều phát triển mạnh cả theo chiều rộng và chiều sâu Trước bối cảnh đó nhu cầu

về tiêu thụ điện năng là vô cùng to lớn và có thể nói là phát triển theo cấp số nhân Như vậy làm thế nào để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng ? Ở đề tài này chúng tôi cố gắng đưa ra giải pháp tối ưu để trả lời cho câu hỏi trên, và trình bày một cách cụ thể hơn

về giải pháp Đó là đưa công nghệ vật liệu hóa học vào bài toán nhiệt hay bài toán năng lượng nói chung Vật liệu chúng tôi đưa vào là Vật Liệu Biến Đổi Pha (PCM) và lợi dụng tính chất vật lý này kết hợp với hiểu biết về kỹ thuật nhiệt – lạnh giải bài toán tối ưu về chi phí đầu tư cũng như khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng cho một quá trình, hay dự

án trong thực tế

Vào thời điểm khi mà chúng ta nói ngày càng nhiều về những rủi ro nguy hại đến sinh thái và trong thời kỳ thiếu thốn năng lượng tiêu thụ, tích trự năng lượng hay sử dụng năng lượng có tính toán đến chiều sâu và bề rộng thì đây là một giải pháp kỹ thuật tích hợp với các hệ thống làm lạnh công nghiệp và điều hòa không khí

Các hệ thống cổ điển được thiết kế để đáp ứng yêu cầu tải định, ngay cả khi chúng ta chỉ dung máy làm lạnh trung tâm (Chiller) tại 100% tải chỉ trong một vài ngày hay chỉ vài giờ trong năm

Tích trữ ẩn nhiệt cho phép làm giảm công suất của máy làm lạnh trung tâm Việc tích trữ này bổ sung phần năng lượng bị thâm hụt khi yêu cầu tải cao hơn của máy làm lạnh trung tâm Vì vậy máy làm lạnh trung tâm hoạt động liên tục và hiệu suất đạt được cực đại

Tích trữ năng lượng cho phép quản lý được năng lượng lạnh theo yêu cầu Và cũng tiết kiệm được đáng kể chi phí vận hành khi sử dụng điện năng ngoài giờ cao điểm

Giảm được kích cỡ máy làm lạnh trung tâm cũng có nghĩa là giảm môi chất lạnh sử dụng, vấn đề ngày càng được xem trọng khi mà các luật định hạn chế sử dụng môi chất CFC

- Khái quát về vật liệu biến đổi pha – tính chất hóa – lý của vật liệu biến đổi pha

và sự phân loại cho các dãy ứng dụng cụ thể

- Các sơ đồ nhiệt và thiết lập các đặc tính tải lạnh và điện năng tiêu thụ

- Ứng dụng cho công trình cụ thể từ đó làm cơ sở cho các phân tích và nhận định

- Phát triển mở rộng từ kết quả nhận được từ việc phân tích đánh giá trên một dự

án cụ thể

- Các thống kê và kết luận

Có thể nói rằng đây là một công nghệ thể hiện sự kết hợp tích cực giữa các ngành khoa học khác nhau để đi đến một lợi điểm chung trong thực tiễn Vấn đề mà các nhà khoa học, những người làm kỹ thuật và đặc biệt là người sử dụng trực tiếp đang mong muốn hướng đến và muốn cụ thể hóa vào cuộc sống thực tiễn hiện nay

Tuy đã cố gắng thực hiện nhưng luận văn vẫn còn một số hạn chế nhất định, như các thông số thực nghiệm, và sự kết hợp với các bộ môn hóa học để khẳng định hơn nữa sự hiện diện của các vật liệu biến đổi pha (PCM) là một giải pháp cho công cuộc tiết kiệm

và sử dụng hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường như tinh thần của hội nghị Bali ở Indonosia năm 2007

Luận văn cũng cần nên được viết theo một ngôn ngữ lập trình cấp trung để thuận tiện cho những người ứng dụng dễ dàng và nhanh chóng tìm ra được kết quả về tài toán đầu tư hay nghiên cứu khả thi của dự án Nhưng do có một số mặt hạn chế về thời gian và khả năng ngôn ngữ lập trình nên còn thiếu sót trong luận văn

CHƯƠNG 1

ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA

1.1 Tổng quan về Điều Hòa Không Khí

Từ xa xưa ở các vùng sa mạc ở Ai Cập đã biết làm mát không khí bằng các phương tiện thô sơ, nhưng đến năm 1902 sau khi tiến sĩ người Mỹ Willis H Carrier đã thiết kế hệ thống điều hòa không khí đầu tiên lắp đặt ở nhà máy in Sacket Wilhelms để loại ẩm không khí thì điều hòa không khí mới thật sự trở thành một công cụ công nghiệp Từ những thành quả ban đầu đó Tiến sĩ Willis H Carrier tiếp tục nghiên cứu và đến năm

1921 với việc phát minh ra máy lạnh ly tâm ông đã tạo ra một bước nhảy vọt trong kỹ thuật điều hòa không khí, và cũng từ đây kỹ thuật điều hòa không khí bắt đầu tham gia vào nhiều lĩnh vực khác nhau như: trong các nhà máy công nghiệp, trại chăn nuôi, nhà điều dưỡng, các sinh hoạt hằng ngày của con người, nhà hát, trung tâm văn hóa, trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, khách sạn, trường học và các dịch vụ khác như phòng sạch, bệnh viện và các nhà máy dược phẩm

Ngày nay, kỹ thuật điều hòa không khí không chỉ được xem như là một ngành khoa học

mà còn được xem như là một nghệ thuật Bởi lẽ ngoài khả năng tạo ra một môi trường làm việc thuận lợi tiện nghi mà nó còn là một nội thất ưa nhìn trong trang trí nội thất nghệ thuật

Do đó để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong các hoạt động sản xuất, gia công, chế biến nhằm mục tiêu nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, phục vụ các yêu cầu về công nghệ và cải thiện về điều kiện lao động người ta ứng dụng ngày càng nhiều kỹ thuật điều hòa không khí và trong sản xuất để tạo ra môi trường có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp

Điều hòa không khí đã hỗ trợ nhiều ngành công nghiệp, nông nghiệp, kinh tế phát triển như là: in, dệt, sản xuất bánh kẹo, thuốc lá, chè, các trại chăn nuôi Trong cuộc sống đời thường kỹ thuật điều hòa không khí cũng góp phần phục vụ cho cuộc sống hiện đại của con người trong các khu nhà ở, trung tâm thương mại, khách sạn, nhà hang, vũ trường,

quán bar, cao ốc văn phòng, bệnh viện, phòng học, trên các phương tiện di chuyển như: ô

tô, tàu thủy, tàu hỏa, máy bay.…

1.2 Tổng quan về tích trữ năng lượng và vật liệu biến đổi pha

1.2.1 Tích Trữ Năng Lượng

1.2.1.1 Tại Sao Tích Trữ Năng Lượng ?

Cho đến nay chưa có giải pháp tốt nhất cho việc tích trữ năng lượng nhiệt hay lạnh một cách hợp lý, dẫn đến việc dùng các máy làm lạnh trung tâm có công suất lớn để đáp ứng mong muốn điều kiện tải đỉnh; nhưng công suất lớn này của máy làm lạnh trung tâm chỉ được sử dụng trong một vài giờ trong ngày hay trong năm Do vậy, điều này gây ra một

sự lãng phí cũng như tốn kém về đầu tư ban đầu hệ thống lạnh/ nhiệt

Tích trữ năng lượng mỗi ngày cho phép chúng ta sử dụng các máy làm lạnh trung tâm có công suất nhỏ và thích hợp hơn Năng lượng lạnh sẽ được tích trữ vào thời điểm thấp tải hay không tải và được giải phóng vào thời điểm có yêu cầu tải lớn (tải đỉnh)

Với tải tuần hoàn một cách liên tục, việc tích trữ năng lượng nhiệt cho phép các máy làm lạnh trung tâm công suất nhỏ vận hành gần như liện tục; việc tích trữ năng lượng trong suốt thời gian không tải hay thấp tải là để sử dụng trong những giờ cao điểm hay tải đỉnh

1.2.1.2 Năng Lượng Được Tích Trữ Như Thế Nào?

Như chúng ta đã được biết, năng lượng nhiệt được hình thành dưới hai thành phần đó là nhiệt hiện và nhiệt ẩn:

- Nhiệt hiện

Phần lớn chúng ta xem nước là môi trường tích năng lượng nhiệt hiện và ẩn Vì nước rẻ

dung riêng thể tích của sắt hay đá Tuy nhiện nó có những giới hạn nhất định về việc sử dụng, đặc biệt là với độ chênh lệch nhiệt độ và áp suất lớn

Trong các ứng dụng về làm lạnh, giá trị nhiệt dung thể tích thực tế đạt được tối đa là 6

kể

- Nhiệt ẩn

Nhiệt ẩn là tên gọi của cả năng lượng được tích trữ hay giải phóng khi các vật chất thay đổi pha Ví dụ: nước đá chuyển thành nước, nước chuyển thành hơi hay khí Sự thay đổi pha này xảy ra tại nhiệt độ gần như không đổi hoặc biến đổi rất ít Năng lượng được hấp thụ hay giải phóng trong suốt thời gian thay đổi pha là nhiều hơn năng lượng được yêu cầu để làm giảm hay gia tăng nhiệt độ vật chất thay đổi pha (nhiệt hiện)

Dưới đây là biểu đồ năng lượng tiêu thụ ngày (hình 1.1)

0 20 40 60 80 100

Các vật liệu này được gọi là vật liệu biến đổi pha (PCM) Yêu cầu vật liệu biến đổi pha là phải thỏa mãn hai tính chất sau:

Hình 1.1

Vật liệu biến đổi pha là vật liệu có nhiệt độ nóng chảy và có thể tích trữ năng lượng dưới dạng ẩn nhiệt lớn, dẫn đến công suất tích trữ nhiệt trên một đơn vị thể tích lớn hơn các vật liệu thông thường Khi nhiệt độ bên ngoài tăng lên, các liên kết trong các vật liệu biến đổi pha (PCM) bị phá vỡ, lúc này vật liệu chuyển từ pha rắn sang pha lỏng (vì thật ra có nhiều dạng vật liệu biến đổi pha như rắn – lỏng, rắn – rắn, và lỏng – hơi) Biến đổi pha là một quá trình thu nhiệt và do đó vật liệu biến đổi pha hấp thụ nhiệt Khi nhiệt độ môi trường được làm lạnh xuống, vật liệu biến đổi pha quay về trạng thái pha rắn và giải phóng năng lượng nhiệt đã hấp thụ

Vật liệu biến pha là vật liệu có nhiệt độ gần như không đổi trong quá trình biến đổi pha của nó Và có khả tích trữ ẩn nhiệt lớn hơn nhiều so với nhiệt hiện

1.2.3 Phân loại vật liệu biến đổi pha

Việc sử dụng vật liệu biến đổi pha đã có từ rất lâu cũng nhằm mục đích về giải pháp các vấn đề năng lượng nhiệt trong các tòa nhà và các ứng dụng khác về tích trữ nhiệt/ lạnh Lần đầu tiên được áp dụng là năm 1940 với mục đích kết hợp với năng lượng mặt trời để tích trữ nhiệt

Cho đến những năm gần đây, các nghiên cứu có liên quan cơ bản đến các vật liệu biến đổi pha (PCM) là các muối hydrat và chỉ áp dụng với các mục đích là vật liệu cho các công trình xây dựng Vì các giải pháp tiết kiệm năng lượng cũng như nghiên cứu phát triển các vật liệu mới cần được nghiên cứu để đưa vào các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng

Những thập niện sau này, nghiên cứu thường hướng đến việc sử dụng các vật liệu biến đổi pha là các chất hữu cơ, nghiên cứu này đã mở ra triển vọng của các vật liệu xây dựng dạng xốp biến đổi pha, vì vậy tạo ra được các nhân tố tích trữ nhiệt Nghiên cứu gần đây (Feldman cùng các cộng sự, 1993, Athienis cùng các công sự 1997, Peippo cùng các cộng sự) chỉ ra rằng vật liệu biến đổi pha (PCM) sử dụng làm vật liệu xây dựng cho thấy hứa hẹn rất lớn về khả năng tiết kiệm năng lượng Bên cạnh đó cũng làm giảm năng

Các vật chất có thể tồn tại ở trạng thái rắn, lỏng và khí tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất của điều kiện trữ Ba pha cùng tồn tại ở trạng thái cân bằng nhưng trạng thái hai pha thường được dùng trong thực tế Biến đổi nhiệt ẩn của các chất thuần khiết có thể được

sử dụng để trữ nhiệt hay lạnh để sử dụng vào lúc cần thiết

Vật liệu biến đổi pha có thể là chất hữu cơ hay vô cơ Biến đổi pha phần lớn các chuyển đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng cho các ứng dụng tích trữ năng lượng trong các tòa nhà

Phân loại các vật liệu tích trữ năng lượng theo cách nhìn về hóa lý (hình 2.2):

Vật liệu

Lỏng-KhíKhí-Lỏng

Rắn-RắnRắn-Lỏng

Vô cơHữu cơ

Hình 2.2 – Phân loại các vật liệu biến đổi pha Minh chứng cho việc nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu biến đổi pha (PCM) dưới đây là một số thống kê về các nhà cung cấp và trung tâm nghiên cứu về lĩnh vực này:

Stt Diễn giải/ Tên nhà

cung cấp

1.2.3.1 Vật liệu biến đổi pha (PCM)

Cơ sở và nhìn chung hầu hết các vật liệu biến đổi pha được sử dụng là nước / nước đá

cacbon cũng được sử dụng rộng rãi trong ứng dụng dân dụng, thương mại và công nghiệp

1.2.3.2 Các vật liệu vô cơ (Muối hydrat – Salt hydrates)

Đã có những nổ lực từ rất sớm về việc phát triển các vật liệu tích trữ ẩn nhiệt sử dụng các vật liệu vô cơ Muối hydrat là hỗn hợp của muối và nước có tính năng là tan chảy nhiệt

ẩn cao do hàm lượng nước cao, bên cạnh có các muối cũng có những hạn chế về tuổi thọ trong việc hình thành sự chia tách pha trong suốt quá trình nạp và giải phóng năng lượng

năng lượng của dung dịch Quá trình này cứ như thế tăng dần và không thể thay đổi được Các muối sun phát natri hydrat, được nghiên cứu rộng rãi trong giai đoạn đầu của các vật liệu biến đổi pha Tính chất biến đổi pha của các vật liệu được trình bày trong bảng 1.2 Các vật liệu biến đổi pha có tính chất hấp dẫn phải là vật liệu có giá trị nhiệt ẩn cao, không cháy, khả năng ngậm nước cao và đặc biệt là chúng không đắt và là các vật liệu sẵn có trên thị trường

Tuy nhiên, chúng cũng có những tính chất không phù hợp dẫn đến việc phát triển nghiên cứu thêm các vật liệu biến đổi pha vô cơ này Các tính chất là: tính ăn mòn, không ổn định, không thích hợp khi quay về lại trạng thái rắn và có khuynh hướng dẫn đến quá lạnh

Bảng 1.2 Các vật liệu biến đổi pha muối hydrat ngậm nước (các giá trị tiêu biểu)

(0C)

Nhiệt nóng chảy (kJ/kg)

Bảng 1.3 Thể hiện các thông số tiêu biểu của Eutetic

(0C)

Nhiệt nóng chảy (kJ/kg)

Ẩn nhiệt (MJ/m3)

1.2.3.4 Các vật liệu hữu cơ

Các vật liệu biến đổi pha (PCM) hữu cơ có một số tính chất hữu ích trong việc tích trữ nhiệt trong các tòa nhà hiện hữu Các vật liệu biến đổi pha (PCM) này có tính ổn định về hóa học hơn là các chất vô cơ, chúng nóng chảy đồng đều và vấn đề quá lạnh không ảnh hưởng đến quá trình tích trữ Hơn nữa chúng phù hợp với các vật liệu khác của tòa nhà Mặc dù vậy chi phí đầu tư ban đầu của các vật liệu hữu cơ thì cao hơn so với các vật liệu

vô cơ Tuy nhiên, vật liệu hữu cơ cũng có những tính chất không thích hợp là: có khối lượng riêng và hệ số dẫn nhiệt thấp, dễ cháy và tạo ra nhiều hơi độc khi cháy Hơn nữa là

có thể tạo ra các phản ứng trong các vật liệu xây dựng, ôxi hóa trong môi trường nhiệt và làm lạnh thay đổi thể tích

Việc lựa chọn và thay đổi thích hợp sẽ loại được nhiều tính chất không mong muốn của vật liệu biến đổi pha (PCM) hữu cơ Hầu hết các lựa chọn hứa hẹn các vật liệu biến đổi pha hữu cơ được chỉ định trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Các vật liệu biến đổi pha hữu cơ (các giá trị tiêu biểu)

1.2.3.5 Các dẫn xuất hydrocacbon (Clathrates)

Là hỗn hợp của các chất hóa học mà một trong các chất đó được bọc trong một chất khác Trong thực tế, nước hình thành cấu trúc liên kết dạng lưới đối với các ứng dụng tích trữ năng lượng Nhìn chung hầu hết các dẫn xuất được sử dụng là các môi chất lạnh R-11, R-12 và R-22

Bảng 1.5 Danh sách của các muối hydrat các vật liệu Biến Đối Pha (PCM) cơ bản được lựa chọn theo nhiệt độ điểm nóng

Nhiệt ẩn trong dãy ứng dụng KJ/Kg

Tỷ trọng

00oC Sự chính xác -10 to -00oC 335 380 1

1.3 Lựa chọn vật liệu biến đổi pha phù hợp với ứng dụng Điều Hòa Không Khí

khí – PSG.TS Lê Chí Hiệp] Và đây chính là cơ sở để lựa chọn vật liệu biến đổi pha theo các tính chất như được trình bày ở trên Mà chúng ta biết rằng, nhiệt độ nước lạnh được

lấy các thông số nhiệt độ này làm cơ sở chính để chọn vật liệu biến đổi pha Tóm lại

liệu sẽ là các dung dịch muối Eutectic được được bọc trong các quả cầu polymer có hệ số dẫn nhiệt rất cao, mục đích là để thuận tiện trong việc tính toán truyền nhiệt

Việc lựa chọn một vật liệu để đưa vào ứng dụng thật sự còn phụ thuộc vào nhiều yếu kinh tế và kỹ thuật khác nữa Bảng 1.6, là tiêu chí để đánh giá và cơ sở chọn lựa PCM hợp lý

Bảng 1.6 Các tiêu chí cần đạt được khi lựa chọn lựa PCM cho ứng dụng điều hòa không

khí tập trung

nhiệt độ không đổi

Ghi chú: (*) Tiêu chí cao nhất của việc thể hiện một PCM hiệu quả nhất

Như vậy chúng ta có thể dựa trên lập luận như trình bày, bảng các tính năng và tiêu chí của vật liệu biến đổi pha (PCM), để từ đó có thể lựa chọn cho dự án hay đưa ra các lời khuyên đến các nhà đầu tư một cách hợp lý và đầu tư dự án có hiệu quả cao

1.4 Phân tích tính chất hóa học của vật liệu biến đổi pha

1.4.1 CÁC KHÁI NIỆM

a/ Điểm nóng chảy (Melt point)

Điểm nóng chảy của trạng thái rắn là nhiệt độ tại đó nó chuyển trạng thái từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng

Khi xem xét nhiệt độ biến đổi ngược lại từ trạng thái lỏng sang rắn, thì điều này được xem như điểm đóng băng Ví dụ: nhiệt độ điểm nóng chảy của Thủy Ngân là 234,32 K (-

sự kết tinh, điều này được gọi là rắn không kết tinh (định hình) [21]

Không giống như điểm sôi, điểm nóng chảy không bị ảnh hưởng đến áp suất Vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao nhất tại áp suất khí quyển được biết hiện nay là Grafit tại 3948 K Điểm nóng chảy thường được sử dụng để xác định mức độ nguyên chất và tính chất của các hợp chất hữu cơ Khi hai hóa chất được trộn vào nhau, kết quả là điểm nóng chảy của hỗn hợp này sẽ thấp hơn điểm nóng chảy của cả hai chất đó Tỷ lệ hòa trộn mà để đạt được điểm nóng chảy thấp nhất thì lúc này chất này được gọi là điểm nóng chảy của Eutectic

b/ Các giản đồ pha tiêu biểu

b.1 Biến đổi pha sơ cấp và thứ cấp (hình 1.3)

Các vật liệu biến đổi pha (PCMs) được dựa trên nhiệt độ nóng chảy hay kết tinh có một

số tính chất bị hạn chế Nhiệt dung riêng tích trữ của những vật liệu này là lớn hơn nhiều

so nước, gạch hay đá Năng lượng trữ chủ yếu xảy ra tại nhiệt độ nóng chảy (melting point), vì vậy những hệ thống này có thể được xem xét như các hệ thống tích trữ đẳng nhiệt

Sự kết tinh và nhiệt độ nóng chảy trong suốt quá trình tích trữ sẽ là nguyên nhân làm giảm hiệu quả tích trữ nhiệt Việc gia tốc chu kỳ một số các thử nghiệm của vật liệu tích trữ nhiệt ẩn đã được đề nghị để dự báo các tính chất nhiệt trong trường hợp sử dụng lâu dài

Hình 1.3 Giản đồ pha của muối CaCl2.6H2O

Các vật liệu biến đổi pha (PCM) này được biết như: CaCl2.6H2O, Na2SO4.10H2O,

Đôi khi mức tích trữ đẳng nhiệt sẽ có những bất tiện Nếu năng lượng được tích trữ là có sẵn tại mức nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của vật liệu biến đổi pha (PCM), việc tích trữ năng lượng xảy ra tại mức nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nguồn

Một trường hợp xấu sẽ xảy ra nếu nhiệt độ nóng chảy của (PCM) là cao hơn mức nhiệt

độ của nguồn năng lượng Do đó không có năng lượng được tích trữ và một lượng lớn nhiệt bị tổn thất

Trường hợp này có thể xảy ra khi mà nhiệt độ của môi trường vận chuyển là thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của (PCM)

Có 3 cách giải quyết vấn đề:

bình của vật liệu rắn là 3 (kJ.dm-3.K-1), nhiệt dung riêng của nước là 4.18

tích trữ này

b Áp dụng hai vật liệu biến đổi pha, một với nhiệt độ nóng chảy thấp hơn

và PCM khác với nhiệt độ nóng chảy cao hơn ( thể tích trữ có thể được giảm xuống, nhưng nên cần thiết dùng hai bình tích trữ riêng biệt

này là khác nhau

Muối Canxi Clorua sẽ là một vật liệu đầy hứa hẹn để thực hiện 3 cách được đề cập ở trên

CaCl2 ·4H2O, CaCl2 ·2H2O) và chúng có điểm nóng chảy khác nhau 29.9 0C, 43.3 0C,

130 0C

Để mở rộng dãy nhiệt độ tích trữ bằng một PCM theo thành phần được áp dụng là 211.4

của CaCl2 - H2O (sơ đồ)

Trong quá trình này hệ thống trữ bắt đầu làm lạnh theo đường cong lỏng P1 -> P2, xem trang 21 hình 3 Năng lượng tỏa ra được thực hiện bởi việc giảm nhiệt độ liên tục và hình

từ quan điểm của hệ thống tích trữ nhiệt và có thể được ngăn ngừa bằng việc thêm một số hạt tinh thể strontium hydroxide octahydrate

độ, CaCl2 ·4H2O lỏng hòa tan ngày càng nhiều (quá trình thu nhiệt) Mức độ hòa tan không đủ cao để đạt đến trạng thái cân bằng, do đó khi nhiệt độ vượt quá 43.3 0C, CaCl2·4H2O nóng chảy Và một lượng nhỏ CaCl2 2H2O sẽ được hình thành trong quá trình nóng chảy Vật liệu này kết tủa và ổn định nên được hòa tan trong pha lỏng, nhưng cường độ lặp lại rất thấp Vì thế khi gia số chu kỳ tích trữ nhiệt, ngăn cách pha này sẽ là nguyên nhân làm giảm hiệu quả tích trữ nhiệt (hình 1.4)

Hình 1.4 Giản đồ pha biểu diễn quan hệ không thứ nguyên của Entanpi và nhiệt độ

b.2 Biến đổi pha của nước – nhiệt ẩn so với nhiệt hiện (hình 1.5)

b.3 Vật liệu biến đổi pha (PCM): Eutectic – Sơ đồ biểu diễn thành phần A và B (hình 1.6)

1.5 Các phương trình và công thức tính toán liên quan đến quá trình biến đổi pha của vật liệu (PCM)

Khi máy làm lạnh trung tâm làm nhiệm vụ cấp nhiệt, vật liệu biến đổi pha sẽ nhận nhiệt

ẩn từ quá trình và tích trữ chúng dưới dạng ẩn nhiệt Thực hiện quá trình gọi là nạp năng lượng Khi có nhu cầu (vào ban ngày) năng lượng này được giải phóng để đáp ứng yêu cầu tải

Chương trình mô phỏng có thể dựa trên các phương trình toán học về cân bằng chất và cân bằng năng lượng để làm cơ sở lý thuyết Tuy nhiên, thực tế cho thấy hầu hết các bài toán liên quan đến tích trữ lạnh/ nhiệt với vật liệu biến đổi pha (PCM) đều phải qua các thí nghiệm đo đạc rồi mới hình thành các phương trình toán học, bằng cách giải bài toán với các giả thiết về điều kiện biên

Các phương trình toán sẽ được xây dựng theo lý thuyết nhiệt động, dòng chảy hai pha và các tính chất hóa học và vật lý của vật liệu biến đổi pha (PCM) phải được sử dụng

Các phương trình có thể được áp dụng:

a/ Mô hình toán học:

Quá trình truyền nhiệt trong cấu trúc vật liệu biến đổi pha là phức tạp, đặc biệt là các thành phần hóa học dịch chuyển trạng thái Trong suốt quá trình biến đổi pha, ví dụ: vật liệu biến đổi pha được bọc trong năng có thể có ba trạng thái rắn, lỏng và rắn lỏng kết hợp Hơn nữa, các tính chất nhiệt động của ma trận cấu trúc vật liệu là khác so với các tính chất cấu tạo Để đơn giản hóa phương trình toán học có thể được giả thiết như sau:

nhất, về các tính chất nhiệt động; nhiệt dung riêng và ẩn nhiệt, khối lượng riêng và độ dẫn nhiệt [6]

- Quá trình truyền nhiệt qua PCM được xem như là một chiều [6]

Các phương trình khác nhau của dẫn nhiệt tức thời với các tính chất nhiệt động thay đổi được cho như sau:

( ) [ T T r t ] g( )r t T

h T

t ( ) ( ) . ( ) , ,

r r

T T

h t

Phương trình (1) trở thành:

(3)

- Ceff: là công suất nhiệt hiệu dụng

Đối với bài toán không tuyến tính (trong dãy nhiệt độ biến đổi pha) được định nghĩa bởi phương trình (3) Có thể được chuyển sao cho chỉ còn thấy phụ thuộc vào nhiệt độ và công suất hiệu dụng [6]

dT T C l

- Cs: công suất nhiệt trong pha rắn

- Cl: công suất nhiệt trong pha lỏng

Vì vậy phương trình (2) có thể được sắp xếp lại thành:

( )r t g

T T t

T T C

υυ

b/ Mô hình số học:

Là mô hình xét đến một thể tích kiểm soát tiếp cận gần đúng, từ phần tử thể tích này chúng thiết lập các lưới mắt cá và cho đến khi tiếp cận đến một giới hạn nhất định Ở đây

ta giải bài toán bằng các giả thiết của điều kiện biên [12] [ Process Heat Transfer ]

Công thức thể tích kiểm soát được thực hiện bằng cách tổ hợp các phần khác nhau của các phương trình (2) qua một khối thể tích kiểm soát nhỏ nhiều mặt (đa diện) V, áp dụng

lý thuyết giá trị trung bình và lý thuyết phân kỳ với vật liệu đồng nhất và điều kiện biên đồng đều tại mỗi bề mặt Do đó phương trình (2) trở thành:

( )T g V n

T T t

T T V T C T

s s

( ) ( )

- T: nhiệt độ trung bình của thể tích V

- ns: véc tơ chỉ hướng ra xa

1.6 Ứng dụng vật liệu biến đổi pha trên thế giới

Có thể khẳng định rằng công nghệ vật liệu biến đối pha (PCM) – bình tích lạnh đã được thế giới biết đến như là một giải pháp về năng lượng Trên thực tế chúng tôi cũng chưa có các con số thống kê một cách cụ thể là các nước trên thế giới họ sử dụng bao nhiêu công trình và chiếm tỷ trọng bao nhiêu phần trăm của việc ứng dụng công nghệ vật liệu biến pha (PCM) – bình tích trữ lạnh ra sao nhưng đối với những công trình cụ thể, chúng tôi xin được minh họa các công trình tiêu biểu trên thế giới áp dụng [5]:

a Ở Pháp:

French Ministry of Finance (France)

Một bình tích trữ lạnh hoạt động từ năm 1987 tại tòa nhà Prestious ở Pháp

Năm 1987, Chính phủ Pháp đã quyết định xây dựng mới tòa nhà Bộ tài chính ở Bercy - Pháp Tòa nhà này có diện tích 260.000 m² chứa khoảng 5000 người Trong đó bao gồm nhà hang, nhà băng, bưu điện, trạm xá, vv… Được trang bị các thiết bị công nghệ cao (các hệ thống

an ninh, hệ thống chuyển tài tài liệu tự động, vv…) Tòa nhà được 5 máy làm lạnh trung tâm (Chiller) với mỗi máy 1100 kW và sử dụng một bình tích trữ lạnh STL-00-448 (tích trữ mỗi ngày

Bình tích trữ lạnh được sử dụng nhằm mục đích trữ lạnh vào mùa hè nóng

Thông số kỹ thuật

Nhu cầu tải lạnh

Hệ thống bình tích trữ lạnh đã cho phép Bộ tài chính tiết kiệm được chi phí vận hành và có được năng lượng lạnh dự trữ

b Ở Malaysia:

Bệnh viện Serdang Malaysia

Hệ thống máy Điều Hòa Không Khí trong bệnh viện này kết hợp với một bình tích lạnh STL-AC.00-400

Bệnh viện Serdang, được khánh thành vào năm 2007, bao gồm một tổ hợp về các trung tâm nghiên cứu về tim mạch, tiết niệu và phẩu thuật tiết niệu, vv… Bệnh viện có thể cung cấp các khả năng có thể, chất lượng trị vể các bệnh tim mạch cho tất cả các nhóm người Trung tâm này kết hợp với bệnh viện Selayang, đặc biệt chuyên về thận, cấy ghép gan Bệnh viện Serdang có 608 giường, chi phí đầu tư khoảng 79 triệu USD, là

một trong những bệnh viện điện tử hiện đại được chính phủ Malaysia phát triển để cung cấp các dịch vụ chăm sóc sức khỏe

Bệnh viện Serdang

Mục tiêu

Để giảm chi phí tiền điện, một quyết định là lắp đặt hệ thống bình tích trữ lạnh Chiến lược là tích trữ năng lượng một phần

Họ đã mô phỏng dự án nhờ vào đơn đặt hàng đối với các kỹ sư của công

ty cung cấp bình tích trữ lạnh Cristopia Mục đích của việc mô phỏng là kiểm tra lại khả năng giải phóng năng lượng tích trữ như được

đề cập theo tiêu chuẩn ARI 900 (nhiệt

độ đi 4.3°C và nhiệt độ hồi là 9.5 °C Nhờ vào việc mô phỏng đội ngũ kỹ

sư này đã trả lời được câu hỏ của các

kỹ sư thiết kế

Thông số kỹ thuật

Năng lượng lạnh được

Hệ thống máy bao gồm hai bình tích

trung tâm cơ bản (400 ton) và hai máy làm lạnh trung tâm chạy bằng nước muối (374 ton)

Bình tích trữ lạnh sẽ cung cấp 23% của nhu cầu tải và có khả năng tiêu thụ năng lượng điện vào ban đêm từ

tải đỉnh đến thấp tải trong gian gian

Viện nghiên cứu công nghệ nguyên tử Malaysia (Malayisa)

(Malaysian Institute of Nuclear Technology Research (Malaysia))

District Cooling System

Thông số kỹ thuật

hể tiêu thụ năng lượng vào ban đêm từ lúc tải đỉnh đến thấp tải

c Ở Hàn Quốc:

Ngân hàng phát triển Hàn Quốc (Korea)

Bình tích trữ STL

Viện nghiên cứu công nghệ nguyên

tủ Malaysia (MINTS) là một viên nghiên cứu quốc gia nơi mà các hoạt động chủ yếu là khoa học và công nghệ nguyên tử và các công nghệ liên quan Giữa các hoạt động chính của MINTS là nghiên cứu và phát triển công nghệ, dịch vụ kỹ thuật, phát triển nguồn nhân lực và các mối quan

hệ bên ngoài Tất cả các nhà máy, phòng thí nghiệm và các khối văn phòng của MINTS, được tọa lạc tại hai khu phức hợp chính: Kompleks MINT Bangi và Kompleks MINT Jalan Dengkil Kompleks MINT Bangi tại quận Hulu Langat khoảng

66 hecta và Kompleks đường Dengkil tại quận Sepang là khoảng

206 hecta

Một ngân hàng tiết kiệm tiền sử dụng bình tích trữ lạnh chứa (PCM)

Cao ốc văn phòng này sở hữu bởi Ngân Hàng Phát triển Hàn Quốc (KDB), được tọa lạc tại đảo Yoido trung tâm thương mại của Seuol gần tòa nhà Quốc hội Nó là trung tâm máy tính cho người Hàn Quốc

và hoạt động của người nước ngoài Đối với kế hoạch của tào nhà này, (KDB) chọn các công nghệ mới nhất có hiệu quả cao nhất (KDB) đã quyết định lắp đặt hệ thống bình tích trữ lạnh để đáp ứng gần 50% nhu cầu tải lạnh và đảm bảo hệ thống hoạt động

d Ở Nhật Bản:

Nhà máy hóa chất YOKHAICHI – Tokyo Nhật Bản – 1990, sử dụng hai (02) bình tích trữ lạnh STL – C.00 – 12 (660 kWh / 190 Ton.h)

Trên đây là một số thông tin về tình hình ứng dụng vật liệu biến đổi pha (PCM) và công nghệ tích trữ năng lượng của một số quốc gia trên thế giới Qua đó cho thấy rằng việc úng dụng vật liệu biến đối pha không chỉ áp dụng vào một công trình và tòa nhà cụ thể mà cho phép chúng ta ứng dụng ở nhiều lĩnh vực là cần thiết.

Một hệ thống điều hòa trung tâm sẽ bao gồm các thiết bị chính và các hệ thống phụ như sau:

- Máy làm lạnh trung tâm (Chiller) Máy làm lạnh trung tâm có rất nhiều loại được phân loại theo cấu tạo của máy nén hay thể tích thay thế của nó: Máy làm lạnh trung tâm loại ly tâm; trục vít hay pistông Và có thể nói máy làm lạnh trung tâm kiểu ly tâm là loại có công suất và hiệu suất lớn và hiệu quả nhất hiện nay

- Tháp giải nhiệt: với chức năng giải nhiệt cho bình ngưng là thiết bị quan trọng thứ hai trong hệ thống lạnh điều hòa không khí Công suất của một tháp giải nhiệt tùy thuộc vào phụ tải lạnh, hiệu suất của máy nén và nhiệt độ môi trường

- Bơm nước lạnh: làm chức năng chuyển nước lạnh từ máy làm lạnh trung đến các giàn trao đổi nhiệt, tại các giàn trao đổi nhiệt, quạt gió giàn trao đổi nhiệt

sẽ giải phóng nhiệt của nước lạnh do bơm nước lạnh chuyển đến

- Bơm nước giải nhiệt: tuần hoàn nước từ bình ngưng của máy làm lạnh trung tâm lên tháp vào cứ thế tuần hoàn, thường nhiệt độ ra khỏi bình ngưng theo

- Các giàn trao đổi nhiệt (PAU, AHU và FCU): giải phóng nhiệt từ nước lạnh chuyển từ máy làm lạnh trung tâm thông qua quạt gió và giàn ống xoắn có thể

là đồng cánh nhôm, làm cho nhiệt độ trong không gian điều hòa được thỏa mãn

- Hệ thống phân phối nước lạnh đến các giàn lạnh: đó là một hệ thống ống nước

và van được bọc cách nhiệt sao cho nước được tuần hoàn với tổn thất nhiệt qua

hệ thống là tối ưu nhất

- Hệ thống phân phối gió từ các giàn lạnh vào không gian điều hòa: là hệ thống ống tôn tráng kẽm và miệng gió được bọc cách nhiệt sao cho tổn thất nhiệt qua

hệ thống là tối ưu nhất, với hệ thống kênh gió này gió lạnh được phân bố đến từng không gian chức năng theo yêu cầu tải được tính toán

- Hệ thống điện động lực cấp đến các tủ điện của máy làm lạnh trung, bơm nước

và tháp giải nhiệt: giúp các động cơ vận hành, một cách tuần tự và đạt được hiệu quả

- Hệ thống điện điều khiển và các thiết bị điều khiển: Một hệ thống được thiết lập nhằm điều chỉnh và tắt mở theo yêu cầu của người sử dụng

- Vv…

Để thiết kế được một hệ thống điều hòa không khí trung tâm mà ở đó hệ thống sử dụng năng lượng tối ưu thì công tác tính toán tải lạnh của tòa nhà là rất quan trọng Công tác này đòi hỏi người kỹ sư phải thật sự am hiểu và có kiến thức chuyên môn về chuyên ngành nhiệt lạnh Vì các giá trị tính toán có mối quan mật thiết đến việc lựa chọn các thiết bị chính của hệ thống cũng như các hệ thống khác liên quan Mặt khác đây là bài toán kinh tế kỹ thuật phức tạp chứ không đơn thuần là việc tính toán sao cho có được bất

cứ kết quả nào

2.1 Thiết lập đường đặc tính tải lạnh và công suất điện năng tiêu thụ

Như trình bày trong chương 1 Chúng ta sử dụng hệ thống điều hòa không khí trong hầu hết các công trình dân dụng, công nghiệp và thương mại: như cao ốc văn phòng, nhà hang, khách sạn, siêu thị, trung tâm văn hóa, rạp chiếu bong, bệnh viện, nhà máy dược, chung cư và các công trình hành chánh sự nghiệp khác nói chung

Dưới đây là một biểu đồ tải lạnh của một cao ốc văn phòng Từ đây chúng ta cũng hình dung được rằng, cao ốc văn phòng này làm việc từ 8 giờ sáng đến 18 giờ chiều Và phân

bố tải lạnh cũng thể hiện rằng các giờ tải là không như nhau, yếu tố dẫn đến việc phân bố không đều này là do nhiệt độ môi trường có sự thay đổi (hình 2.1)