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

Việc xây dựng các nhà máy điện mới không đáp ứng kịp, áp lực rất cao đối với lưới điện vào giờ cao điểm, hệ thống nguồn năng lượng vận hành với hiệu suất thấp, do đó tích trữ lạnh cho hệ

-

LÊ KIM TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU – XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP

TÍNH TOÁN TÍCH TRỮ BĂNG TRONG HỆ

THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT Mã Số Ngành : 60.52.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 07 Năm 2004

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS HOÀNG ĐÌNH TÍN

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

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

SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng ……… năm 2004

Tp HCM, ngày …… tháng …… năm 2004 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 10 - 12 – 1977 Nơi sinh: Quảng Nam

I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU – XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TÍCH TRỮ BĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Đánh giá tổng quan vai trò tích trữ lạnh trong hệ thống điều hòa không khí

2 Nêu các phương pháp và thiết bị yêu cầu của vấn đề tích trữ băng

3 Xây dựng phương pháp tính toán tích trữ băng cho hệ thống điều hòa không khí

4 Đánh giá điều kiện khí hậu khu vực công trình điều hòa không khí và khả năng sử dụng các

sơ đồ tích trữ băng trong điều kiện khí hậu việt nam

5 Đánh giá tính kinh tế của việc tích trữ băng trong điều kiện chính sách năng lượng của Việt Nam

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký Quyết định giao đề tài) :

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm và học vị):

PGS.TS HOÀNG ĐÌNH TÍN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

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

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

Ngày tháng năm 2004

LỜI CÁM ƠN

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

Con xin cảm ơn ba mẹ và mọi người trong gia đình đã hỗ trợ cho con cả về tinh thần lẫn vật chất để con hoàn thành luận văn

Tôi xin cảm ơn PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP VÀ TS NGUỴỄN THẾ BẢO đã cung cấp tài liệu và cho những lời khuyên quý báu trong khi tôi thực hiện luận văn này Tôi cũng xin cám ơn quý thầy cô trong bộ môn Nhiệt – Lạnh và trong khoa Cơ Khí

- Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu trong thời gian tôi làm luận văn cũng như những năm học qua

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ và động viên tôi trong những lúc khó khăn cũng như cung cấp một số thông tin bổ ích để tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin cảm ơn quý thầy cô phòng Sau Đại Học đã giúp đỡ tôi về vấn đề học vụ, thủ tục trong thời gian học

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn quý thầy cô trong Hội đồng chấm luận văn đã dành thời gian quý báu để đọc luận văn và cho các nhận xét xác đáng và bổ ích

Kính chào, LÊ KIM TRƯỜNG

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu về tích trữ lạnh cho hệ thống điều hòa không khí và các xí nghiệp công nghiệp đã được các nước công nghiệp phát triển quan tâm rất sớm nhằm giảm chi phí năng lượng cho sản xuất, giảm áp lực đối với nguồn và lưới điện quốc gia

Công nghiệp và đời sống càng phát triển thì nhu cầu về điện càng tăng, đặc biệt là giờ cao điểm Việc xây dựng các nhà máy điện mới không đáp ứng kịp, áp lực rất cao đối với lưới điện vào giờ cao điểm, hệ thống nguồn năng lượng vận hành với hiệu suất thấp, do đó tích trữ lạnh cho hệ thống điều hòa không khí là một trong những biện pháp khắc phục các vấn đề trên

Trong tương lai khi Việt Nam hội nhập WTO thì các vấn đề trên cũng phải có biện pháp giải quyết

Hiện nay, nhiều tài liệu đề cập đến vấn đề này nhưng phân tán, chưa có sự sắp xếp hệ thống lại để phục vụ cho điều kiện ứng dụng ở Việt Nam Để đáp ứng với nhu cầu này ở Việt Nam, trong luận văn chúng tôi tập hợp, chỉnh lý và hệ thống hóa thành: “phương pháp từ khảo sát, tính toán hệ thống thiết bị cho điều hoà không khí”, khảo sát đánh giá kinh tế để thuận tiện trong sử dụng ở Việt Nam

Trong luận văn, chúng tôi cũng phân tích có hệ thống đặc điểm của các phương thức tích trữ băng, thiết bị sử dụng, cách bố trí sơ đồ hệ thống và phương thức vận hành để có lợi nhất

Từ đây xây dựng phương pháp khảo sát và tính toán hệ thống tích trữ lạnh cho công trình một cách toàn diện để đưa ra chọn phương án sử dụng ở Việt Nam

Tính tích trữ lạnh cho hệ thống điều hòa không khí là một vấn đề phức tạp vì ngoài lựa chọn cấu trúc, bố trí thiết bị, chọn phương án vận hành còn chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết Do đó, phương pháp chúng tôi xây dựng chỉ là nền tảng cơ bản, khi đi vào điều kiện cụ thể cần phải bổ sung thêm một số vấn đề chi tiết

Trên cơ sở xây dựng phương pháp khảo sát và tính toán tích trữ lạnh cho hệ thống điều hòa không khí, chúng tôi còn lập trình tính toán cơ bản để làm cơ sở cho việc tính toán nhanh các vấn đề khảo sát

ABSTRACT

The research on the cooling energy storage for air conditioning system and industrial factories have been a great interest of developed countries in early for reducing power cost of manufacturing, power pressure of the power source National Grid

The more industry and life develop, the more power demand increases, especially in peak period Speed of building new power plants isn’t enough to keep with high pressure in peak period of the National Grid, the operating of power source system with inefficiency, therefore, the cooling energy storage for air conditioning system is one of solutions to solve the problems

Viet Nam is on the way to integrate WTO , the above problems must be solved

There are now many document sources which has been concerned with the problems, but they are desultory, not yet arranged systematically to supply VietNam’s situations For solving this demand of VietNam, in this thesis we assembled all related documents, adjusted and systematized them such as: “The equipment system analysis and calculation method for air conditioning system”, the analysis and appreciating about economic for easy using in VietNam

In the thesis we also systematically analyzed characters of cooling energy storage modes, using equipments, arrangement styles of system diagrams and the most useful operating modes

Then we built the cooling energy storage system analysis and calculation method for air conditioning system perfectly to conclude the application choice styles in VietNam

The cooling energy storage calculation for air conditioning system is complex as not only selecting structures, equipment arrangement, operation modes, but also considering effects of the weather condition Because the built method is only basic knowledge so as you have detail datas, you should add some details

To Base on building: “The cooling energy storage calculation method for air conditioning system”, we also established a basic calculation program to perform faster the surveyed matters

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VAI TRÒ TÍCH TRỮ LẠNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 4

1.1 Tình hình sử dụng năng lượng hiện nay trong hệ thống điều hòa không khí và những chính sách năng lượng của nhà nước 4

1.2 Tiềm năng và xu hướng phát triển của tích trữ lạnh trong hệ thống điều hòa không khí 5

1.3 Vai trò và ý nghĩa của tích trữ lạnh trong điều hòa không khí 5

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ YÊU CẦU 7

2.1 Những phương pháp có thể tích trữ 7

2.1.1 Nguyên lý làm việc 7

2.1.2 Các phương pháp tích trữ băng 10

2.2 Đánh giá tính khả thi và lựa chọn thiết bị phù hợp 12

2.2.1 Lãnh chất bốc hơi trực tiếp 12

2.2.1.1 Thiết bị tích băng dạng tĩnh 12

2.2.1.2 Thiết bị tích băng dạng động 17

2.2.1.3 Thiết bị tích băng dạng nổi 20

2.2.2 Dạng chất tải lạnh tuần hoàn 22

2.2.2.1 Phương pháp đông kết băng trên dàn lạnh 23

2.2.2.2 Phương thức kết băng trong dung dịch 25

CHƯƠNG 3: ĐỒ THỊ PHỤ TẢI VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TÍCH TRỮ BĂNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 29

3.1 Đặt vấn đề 29

3.2 Sơ đồ bố trí thiết bị và phương thức vận hành 31

3.2.1 Sơ đồ bố trí thiết bị và đặc điểm 31

3.2.1.1 Sơ đồ mắc song song 31

3.2.1.2 Sơ đồ mắc nối tiếp 32

3.2.2 Phương thức vận hành 34

3.2.2.1 Phương thức vận hành ưu tiên tổ máy lạnh 35

3.2.2.2 Phương thức vận hành ưu tiên bộ tích trữ băng 36

3.2.2.3 Phương thức vận hành hổn hợp 37

3.3 Xác định dung lượng thiết bị tích trữ 41

3.3.1 Tích trữ toàn phần 41

3.3.2 Tích trữ một phần 42

3.3.2.1 Ưu tiên tổ máy 42

3.3.2.2 Ưu tiên bộ tích trữ băng 43

3.4 Ví dụ phân tích thực tế thiết kế hệ thống tích trữ băng điều hòa không khí 43 3.4.1 Vận hành theo tích trữ toàn phần 47

3.4.2 Vận hành theo tích trữ một phần 49

3.4.2.1 Ưu tiên bộ tích trữ băng 49

3.4.2.2 Ưu tiên tổ máy lạnh 53

3.5 Xây dựng phương pháp tính tích trữ băng cho hệ thống điều hòa không khí 57

3.5.1 Sự phân bố giá điện 57

3.5.2 Phương pháp đánh giá kinh tế các phương án tích trữ băng trong điều hòa không khí 58

3.5.2.1 Phương pháp đánh giá trên tình trạng tĩnh 59

3.5.2.2 Phương pháp đánh giá trên tình trạng động 60

3.5.3 Phân tích khả năng thực hiện phương án tích trữ băng trong điều hòa không khí 60

3.5.3.1 Nắm rõ sự phân bố phụ tải lạnh công trình 60

3.5.3.2 Lựa chọn thiết bị tích băng 61

3.5.3.3 Tính toán đầu tư sơ bộ hệ thống tích trữ băng 62

3.5.3.4 Tính toán phí dùng điện vận hành 64

3.5.3.5 Chỉ tiêu đánh giá kinh tế hệ thống điều hòa không khí có tích băng 66

CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CÓ TÍCH BĂNG 70

4.1 Tổng quan vấn đề 70

4.2 Khí hậu Việt Nam 71

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ - KỸ THUẬT TÍCH TRỮ BĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 81

5.1 Tính toán kỹ thuật 83

5.1.1 Vận hành theo tích trữ toàn phần 83

5.1.2 Vận hành theo tích trữ một phần 85

5.1.2.1 Ưu tiên bộ tích trữ băng 85

5.1.2.2 Ưu tiên tổ máy lạnh 89

5.1.2.3 Phương thức vận hành hổn hợp 93

5.2 Tính toán kinh tế 96

5.2.1 Phương án vận hành truyền thống 96

5.2.2 Phương án tích trữ toàn phần 97

5.2.3 Phương án tích trữ một phần ưu tiên bộ tích trữ băng 99

5.2.4 Phương án tích trữ một phần ưu tiên tổ máy lạnh 101

5.2.5 Phương án tích trữ một phần vận hành hổn hợp 104

5.2.6 So sánh kinh tế của các phương án điều hòa không khí 106

5.3 Nhận xét và kết luận 107

CHƯƠNG 6: PHẦN KẾT LUẬN 109

6.1 Các kết quả đạt được 109

6.2 Hướng phát triển của đề tài 110

PHỤ LỤC 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 2.1 Bảng tóm tắt các đặc tính của các loại tích trữ lạnh 9

Bảng 3.1 Bảng đặc trưng của các phương thức vận hành hệ thống điều hòa không khí tích trữ băng một phần 38

Bảng 3.2 Sự thay đổi phụ tải của công trình 44

Bảng 3.3 Tình trạng phân phối nguồn lạnh khi hoạt động ở chế độ điều hòa không khí 48

Bảng 3.4 Tình trạng phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí với ưu tiên bộ tích trữ băng 49

Bảng 3.5 Bảng trình tự điều khiển giữa phụ tải và nhiệt độ khi vận hành hệ thống ở chế độ ưu tiên bộ tích trữ băng 52

Bảng 3.6 Tình trạng phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí khi vận hành ưu tiên tổ máy lạnh 53

Bảng 3.7 Bảng trình tự điều khiển giữa phụ tải và nhiệt độ khi vận hành hệ thống ở chế độ ưu tiên tổ máy lạnh 56

Bảng 4.1 Bảng tóm tắt nhiệt độ đo được ở Hà Nội 72

Bảng 4.2 Bảng tóm tắt nhiệt độ đo được ở Đà Nẵng 72

Bảng 4.3 Bảng tóm tắt nhiệt độ đo được ở Tp Hồ Chí Minh 73

Bảng 4.4 Bảng độ ẩm tương đối trung bình đo được ở Hà Nội, Đà Nẵng vaØ Tp Hồ Chí Minh 75

Bảng 5.1 Sự thay đổi phụ tải của siêu thị 82 Bảng 5.2 Tình trạng phân phối nguồn lạnh khi hoạt động ở chế độ điều

hòa không khí 84 Bảng 5.3 Tình trạng phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí với ưu

tiên bộ tích trữ băng 85 Bảng 5.4 Bảng trình tự điều khiển giữa phụ tải và nhiệt độ khi vận hành hệ

thống ở chế độ ưu tiên bộ tích trữ băng 88 Bảng 5.5 Tình trạng phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí khi vận

hành ưu tiên tổ máy lạnh 90 Bảng 5.6 Bảng trình tự điều khiển giữa phụ tải và nhiệt độ khi vận hành hệ

thống ở chế độ ưu tiên tổ máy lạnh 93 Bảng 5.7 Tình trạng phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí khi vận

hành hổn hợp 94 Bảng 5.8 Bảng thông số kỹ thuật và tính toán sơ bộ điều hòa không khí

phương án truyền thống 96 Bảng 5.9 Bảng điệnvận hành theo phương án lạnh truyền thống 97 Bảng 5.10 Bảng thông số kỹ thuật và tính toán sơ bộ giá cả hệ thống điều

hòa không khí phương án tích trữ toàn phần 98 Bảng 5.11 Bảng tiêu hao điện năng hệ thống điều hòa không khí ở chế độ

tích trữ toàn phần 99 Bảng 5.12 Bảng thông số kỹ thuật và tính toán sơ bộ giá cả hệ thống điều

hòa không khí phương án tích trữ một phần ưu tiên bộ tích trữ 100 Bảng 5.13 Bảng tiêu hao điện năng hệ thống điều hòa không khí ở chế độ

tích trữ một phần ưu tiên bộ tích trữ 101

Bảng 5.14 Bảng thông số kỹ thuật và tính toán sơ bộ giá cả hệ thống điều

hòa không khí phương án tích trữ một phần ưu tiên tổ máy lạnh 102 Bảng 5.15 Bảng tiêu hao điện năng hệ thống điều hòa không khí ở chế độ

tích trữ một phần ưu tiên tổ máy lạnh 103 Bảng 5.16 Bảng thông số kỹ thuật và tính toán sơ bộ giá cả hệ thống điều

hòa không khí phương án tích trữ một phần vận hành hổn hợp 105 Bảng 5.17 Bảng tiêu hao điện năng hệ thống điều hòa không khí ở chế độ

tích trữ một phần vận hành hổn hợp 105 Bảng 5.18 Bảng so sánh kinh tế của các phương án điều hòa không khí 107

HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Chu trình Carnot ngược 8

Hình 2.2a Sơ đồ vận hành tích trữ băng toàn phần 11

Hình 2.2b Sơ đồ vận hành tích trữ băng một phần – chế độ đầy tải 11

Hình 2.2c Sơ đồ vận hành tích trữ băng một phần – chế độ giới hạn tải 11

Hình 2.3a Sơ đồ tích trữ băng nóng chảy bên ngoài dùng tác nhân lạnh trực tiếp 13

Hình 2.3b Sơ đồ tích trữ băng nóng chảy bên ngoài dùng chất tải lạnh 15

Hình 2.4 Sơ đồ tích trữ băng dạng động 18

Hình 2.5 Sơ đồ tích trữ băng dạng nổi 20

Hình 2.6 Sơ đồ kết đông đá trên dàn lạnh nóng chảy bên trong 23

Hình 2.7 Sơ đồ kết băng trong dung dịch 26

Hình 3.1 Sơ đồ mắc song song 32

Hình 3.2 Sơ đồ mắc nối tiếp tổ máy bố trí trước 33

Hình 3.3 Sơ đồ mắc nối tiếp tổ máy bố trí sau 34

Hình 3.4 Sơ đồ vận hành ưu tiên tổ máy lạnh 36

Hình 3.5 Sơ đồ vận hành ưu tiên hầm băng 37

Hình 3.6 Sơ đồ vận hành hổn hợp 38

Hình 3.7 Đồ thị phụ tải của siêu thị 40

Hình 3.8 Đồ thị phụ tải của cung thể dục, kịch trường 40

Hình 3.9 Đồ thị phụ tải của tòa nhà văn phòng 40

Hình 3.10 Đồ thị phụ tải của khách sạn lớn 40

Hình 3.11 Đồ thị phụ tải của tòa nhà chiêu đãi 40

Hình 3.12 Đồ thị phụ tải của tòa nhà vận hành nhiều chức năng 40

Hình 3.13 Đồ thị phụ tải của nhà hàng lớn 41

Hình 3.14 Đồ thị phụ tải của xí nghiệp làm việc 3 ca 41

Hình 3.15 Biểu đồ thay đổi phụ tải lạnh của công trình 45

Hình 3.16 Đường cong đặc tính thông dụng máy nén trục vít 46

Hình 3.17 Biểu đồ phân phối nguồn lạnh khi hoạt động ở chế độ điều hòa không khí 49

Hình 3.18 Biểu đồ phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí với ưu tiên bộ tích trữ băng 50

Hình 3.19 Sơ đồ nhiệt độ - phụ tải hệ thống vận hành ưu tiên bộ tích trữ băng và bố trí hệ thống thiết bị 50

Hình 3.20 Biểu đồ phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí khi vận hành ưu tiên tổ máy lạnh 54

Hình 3.21 Sơ đồ nhiệt độ - phụ tải hệ thống vận hành ưu tiên bộ tích trữ băng và bố trí hệ thống thiết bị 56

Hình 4.1 Bản đồ Việt Nam 71

Hình 4.2 Biểu đồ nhiệt độ tối cao trung bình ở 3 địa điểm: Hà Nội, Đà Nẵng và Tp Hồ Chí Minh 73

Hình 4.3 Biểu đồ nhiệt độ tối thấp trung bình ở 3 địa điểm: Hà Nội, Đà Nẵng và Tp Hồ Chí Minh 74

Hình 4.4 Biểu đồ biên độ dao động nhiệt độ trung bình ở 3 địa điểm: Hà Nội, Đà Nẵng và Tp Hồ Chí Minh 74 Hình 4.5 Biểu đồ độ ẩm tương đối trung bình ở 3 địa điểm:

Hà Nội, Đà Nẵng và Tp Hồ Chí Minh 75 Hình 4.6 Chu trình tạo băng 78 Hình 4.7 Chu trình cung cấp lạnh cho tải lạnh từ thùng

băng và tổ máy lạnh 79 Hình 4.8 Chu trình cung cấp lạnh cho tải lạnh từ tổ máy lạnh 80 Hình 5.1 Biểu đồ thay đổi phụ tải lạnh của siêu thị 83 Hình 5.2 Biểu đồ phân phối nguồn lạnh khi hoạt động ở chế độ

điều hòa không khí 85 Hình 5.3 Biểu đồ phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí

với ưu tiên bộ tích trữ băng 86 Hình 5.4 Sơ đồ nhiệt độ - phụ tải hệ thống vận hành ưu tiên bộ tích trữ băng

và bố trí hệ thống thiết bị 88 Hình 5.5 Biểu đồ phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí

khi vận hành ưu tiên tổ máy lạnh 91 Hình 5.6 Sơ đồ nhiệt độ - phụ tải hệ thống vận hành ưu tiên tổ máy lạnh và

bố trí hệ thống thiết bị 92 Hình 5.7 Biểu đồ phân phối nguồn lạnh cho điều hòa không khí

khi vận hành hổn hợp 95

BẢNG KÍ HIỆU

A: Phí điện tiết kiệm cả năm, đồng

A1: Phí điện vận hành tiết kiệm hàng năm, đồng

A2: Phí điện cơ bản tiết kiệm hằng ngày, đồng

B: Giá điện cơ bản của tháng, đồng/ kWh

C1: Phí điện vận hành hằng ngày, đồng

C2: Phí điện cơ bản của tháng, đồng

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

E: Số ngày vận hành hệ thống điều hòa không khí có tích băng, ngày e: Suất dịch chuyển phụ tải điện dùng cao điểm

F1: Tiền đầu tư tổ máy lạnh theo phương thức vận hành tryền thống, đồng

F2: Tiền đầu tư tổ máy theo phương thức vận hành có tích băng, đồng

F3: Tiền đầu tư ban đầu thiết bị tích băng, đồng

F4: Tiền lắp đặt thiết bị điện giảm, đồng

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

H: Giá điện lúc cao điểm, đồng

Ic: Đầu tư ban đầu hệ thống truyền thống, đồng

Is: Đầu tư ban đầu hệ thống có tích băng, đồng

L: Giá điện lúc thấp điểm, đồng

M: Giá điện lúc bình thường, đồng

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

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

N: Thời gian tích trữ băng ban đêm, h

n: Thời gian hoàn vốn, năm

P: Năng suất lạnh tổ máy, kW

Q: Tổng năng lượng lạnh cung cấp trong ngày, kWh

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

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

kWh

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

kWh

QH: Phụ tải lạnh lúc cao điểm, kW

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

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

Qip: Lượng lạnh băng tan cung cấp trong 1 giờ của bộ tích trữ băng ở phụ tải đỉnh

của ngày, kW

qk: Năng suất ngưng tụ, kJ/kg

QL: Phụ tải lạnh lúc thấp điểm, kW

QM: Phụ tải lạnh lúc bình thường, kW

Qmax: Phụ tải đỉnh thiết kế, kW

qo: Năng suất lạnh riêng, kJ/kg

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

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

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

R1: Năng suất lạnh hoạt động của tổ máy ở chế độ tích trữ băng, kW

R2: Năng suất lạnh hoạt động của tổ máy ở chế độ điều hòa không khí, kW

S1: Phí điện được tính khi tích băng, đồng

S2: Phí điện tính cho trường hợp trực tiếp cung cấp lạnh, đồng

S3: Phí điện vận hành, đồng

S4 Phí điện cơ bản hằng tháng, đồng

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

Tk: Nhiệt độ ngưng tụ, 0K

To: Nhiệt độ bay hơi, 0K

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

Wc: Công của máy nén, Watt

x: Tỷ lệ tích băng

α : Tỷ lệ dung lượng lắp tổ máy

ε: Suất giảm hệ số tính năng của máy lạnh

c

ε : Hệ số làm lạnh của chu trình Carnot

η: Tỷ lệ thay đổi hiệu suất tổ máy

LỜI MỞ ĐẦU

Một trong những điều kiện quan trọng để phát triển nền công nghiệp của một nước đó là nguồn năng lượng Hiện nay, không những Việt Nam mà các nước trên thế giới đang bị áp lực về sự tăng trưởng điện năng hằng năm trong khi nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, thêm vào đó là áp lực về nguồn điện cao điểm trong ngày chưa được đảm bảo hay đảm bảo nhưng chưa hiệu quả kinh tế Như vậy để đẩy nhanh tiến trình phát triển kinh tế hay quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngay bây giờ chúng ta phải tìm cách giải quyết những vướng mắt nêu ra bằng nhiều cách: chúng ta có thể mở rộng nguồn điện lưới bằng cách xây dựng nhiều nhà máy nhiệt điện, thủy điện thậm chí nhà máy điện nguyên tử…Nhưng những cách này rất tốn kém và khả năng nguồn vốn của

ta có hạn Cho nên, chúng ta nghĩ đến một giải pháp là tích trữ năng lượng mà tích trữ băng trong lĩnh vực điều hòa không khí là một trong những phương án có khả năng áp dụng được ở điều kiện Việt Nam

Như chúng ta đều biết, tích trữ băng là giải pháp dùng điện năng lúc thấp điểm chạy máy nén sinh công và tích trữ công này dưới dạng nhiệt năng và sử dụng nó vào lúc cao điểm Như vậy, về cơ bản ta đã san bằng được phụ tải điện năng hằng ngày giảm chi phí cho hộ tiêu thụ điện và giảm đầu tư máy phát điện cho công ty điện lực Nguồn lợi ích đem lại từ phương pháp này là rất lớn vì cứ

thử nghĩ nguồn điện phía nhu cầu cần một thì phía nguồn cấp điện phải cấp điện gấp ba lần để khắc phục những tổn thất khi truyền tải điện và trong các nhà máy phát điện

Hiện nay, ở những nước trên thế giới đã có chính sách đặc biệt đối với việc tích trữ năng lượng như có chính sách khuyến khích, ưu đãi và giảm giá thuê bao điện năng Như ở Mỹ, hệ thống này đã đặt ra rất sớm từ năm 1930 đối với các giáo đường, kịch viện, nhà hàng lớn… Từ năm 1990 trở đi các nước bắt đầu quan tâm nhiều vấn đề này Ơû Nhật, năm 1990 có 1474 công trình điều hòa không khí có trữ lạnh, đến năm 1993 có 2335 hệ thống điều hòa không khí có hệ thống tích trữ lạnh và đã dịch chuyển phụ tải đỉnh 5.105 kW và dự kiến đến năm 2010 có thể dịch chuyển 7,2 106 kW Ơû Trung Quốc và nhiều nước khác cũng áp dụng khá nhiều

Ơû Việt nam do chưa có chính sách cụ thể và mọi người chưa am hiểu nhiều về hệ thống này nên chỉ có một số nơi ứng dụng với quy mô nhỏ như nhà máy dược phẩm OPV – Biên Hòa Như vậy, lý thuyết về tích trữ lạnh đã có nhiều năm và nhiều nước trên thế giới cũng đã áp dụng Tuy nhiên, những lý thuyết, tài liệu thực tế về nó chưa nhiều và phổ biến, còn tồn tại rời rạc chưa có hệ thống rõ ràng nhất là ở Việt Nam chúng ta chưa có phương pháp đánh giá chung cũng như khả năng hiểu biết và áp dụng còn quá ít

Từ những tình hình và thực tế trên, đề tài này tập trung “ nghiên cứu – xây dựng phương pháp tính toán tích trữ băng trong hệ thống điều hòa không khí để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng” Nội dung của đề tài này là đi sâu vào khảo sát, phân tích các hệ thống một cách cụ thể bằng biểu đồ phụ tải và tình hình thực tế, sau đó tính toán xây dựng mô hình để đi đến tích trữ lạnh, sử dụng những sơ đồ và phương thức vận hành phù hợp với điều kiện khí hậu và phân bố giá điện ở Việt Nam

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

1.1.Tình hình sử dụng năng lượng hiện nay trong hệ thống điều hòa không khí và những chính sách năng lượng của nhà nước:

Xã hội ngày càng phát triển, chất lượng cuộc sống ngày càng nâng cao đồng nghĩa với sự xây dựng cơ sở hạ tầng như nhà cửa, cao ốc, nhà hàng, siêu thị,… ngày càng nhiều và phải đầu tư hệ thống điều hòa cho chúng

Hệ thống điều hòa không khí truyền thống như ta đều biết được thiết kế sao cho có công suất đạt được lúc phụ tải đỉnh cao nhất, nên máy lạnh có kích thước rất lớn cũng như hệ thống điện cung cấp cho chúng Nhưng chúng chỉ hoạt động đầy tải vài ngày trong năm thậm chí vài giờ trong năm Nhìn chung, chúng hoạt động hầu như non tải, cho nên đứng về mặt năng lượng hệ thống này hoạt động không hiệu quả do hiệu suất thấp, còn về mặt đầu tư thì rất lớn để lắp đặt máy lạnh Đa số chúng ta chỉ thiết kế để đạt được nhu cầu mà chưa tính đến hiệu quả kinh tế tối ưu

ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN

VAI TRÒ TÍCH TRỮ LẠNH

TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU

HÒA KHÔNG KHÍ

Chương

I

Trước tình hình sử dụng nguồn năng lượng quốc gia hiện nay, chính phủ đã ban hành nghị định số 102/2003/NĐ – CP về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả nhằm thúc đẩy các doanh nghiệp và hộ sử dụng điện thực hiện công tác này vào tháng 9/2000 Bên cạnh đó, công ty điện lực cũng đưa ra biện pháp “ điện 3 giá “ và tăng giá điện lên trung bình từ 10 – 12% từ cuối năm 2002 và có

xu hướng gia tăng giá điện giờ cao điểm đến năm 2006 nhằm hạn chế bớt việc sử dụng điện vào giờ cao điểm, khuyến khích hộ tiêu thụ điện sử dụng điện vào giờ thấp điểm

1.2 Tiềm năng và xu hướng phát triển của tích trữ lạnh trong hệ thống điều hòa không khí:

So với vùng ôn đới, Việt Nam là nước thuộc vùng nhiệt đối gió mùa, nhu cầu về điều hòa không khí là rất cần thiết, đặc biệt ở miền nam hầu như sử dụng điều hòa không khí quanh năm Cho nên nguồn điện phải cấp cho phụ tải này là rất lớn

So với các quốc gia trên thế giới, Việt Nam là một quốc gia tương đối lạc hậu về công nghệ và thiết bị Điều này cho thấy năng lượng tiêu tốn cho một sản phẩm sản xuất ra rất cao so với các quốc gia khác trong khu vực, suất tiêu hao năng lượng (kgOE/USD) của chúng ta rất cao: gấp 2,4 lần so với Thái Lan, Malaysia và gấp 3,6 lần đối với Singapore,Hàn Quốc Theo thông tin từ Trung Tâm Tiết Kiệm Năng Lượng cho thấy qua công tác kiểm toán và tư vấn tiết kiệm năng lượng cho trên 50 doanh nghiệp thì kết quả các doanh nghiệp có thể tiết kiệm được từ 20 đến 50% mức tiêu thụ năng lượng hiện nay Điều này mở ra cho chúng ta một triển vọng rất lớn về tiềm năng tiết kiệm năng lượng

1.3 Vai trò và ý nghĩa của tích trữ lạnh trong điều hòa không khí:

Việc tích trữ lạnh có vai trò và ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển kinh tế của chủ doanh nghiệp nói riêng và nhà nước nói chung: tích trữ lạnh giảm chi phí năng lượng điện cho sản xuất và sinh hoạt hằng ngày đối với doanh nghiệp, còn đối với nhà nước khi mà ta chưa tìm được giải pháp tối ưu để thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch sản xuất điện hay khả năng tài chính còn hạn chế để xây dựng những nhà máy điện mới kịp thời giải quyết phụ tải cao điểm thì việc tích trữ lạnh lại càng có ý nghĩa hơn

Như chúng ta đều biết, hiệu suất để sản xuất ra điện năng từ nguồn nhiên liệu

sơ cấp truyền tải đến nơi tiêu thụ là rất thấp khoảng 30 – 40% Như vậy, nếu chúng ta sử dụng tích trữ lạnh tiết kiệm chi phí điện nơi tiêu thụ một lần thì có nghĩa là bằng các nhà máy điện tiết kiệm 3 lần

Sử dụng hệ thống điều hòa không khí có tích trữ lạnh sẽ san bằng được phụ tải điện hằng ngày, giúp công ty điện lực khỏi bị áp lực về cung cấp điện giờ cao điểm hay nói cách khác giúp nhà nước khỏi phải đầu tư thêm các nhà máy điện cung cấp điện lúc cao điểm tốn nhiều chi phí mà hoạt động không kinh tế

Ngoài ra, trong hệ thống điều hòa không khí khi có tích trữ lạnh thì hệ thống máy lạnh nhỏ hơn nhiều khoảng 40 – 70% so với ban đầu Do đó, hàm lượng tác nhân lạnh cho hệ thống cũng giảm xuống Cho nên độ phát thải chất HCFC, CFC

ra môi trường giảm tránh hiện tượng hiệu ứng nhà kính

2.1 Những phương pháp có thể tích trữ:

2.1.1 Nguyên lý làm việc:

Nguyên lý là tích trữ lạnh lúc phụ tải lạnh thấp, giá điện rẻ và giải phóng lạnh cung cấp cho hệ thống điều hòa không khí khi phụ tải cao

Việc tích trữ lạnh có rất nhiều chất có thể dùng nhưng cuối cùng ta thấy có 3 loại là dùng phổ biến nhất

- Tích trữ dạng nhiệt dung riêng: loại này có nhiệt dung riêng lớn nhất là nước (Cp ≈ 4.18 kJ/Kg.độ), dùng tốt hơn cả băng và các vật liệu khác Phương thức tích trữ năng lượng là dùng nhiệt hiện Nước tích trữ lạnh thường trong khoảng 4 – 7 0C Khi nhiệt độ hồi về của nước là 12 ÷ 150C, ta có thể tận dụng được độ chênh nhiệt độ làΔt ≈80C , lúc này khả năng sử dụng thể tích 0.118

m3/kWh Khi Δt ≈ 110C thì khả năng sử dụng thể tích là 0.086 m3/kWh

- Tích trữ băng: loại này tận dụng cả nhiệt ẩn lẫn nhiệt hiện Nước ở 00C đóng thành băng 00C cần nhiệt đông đặc 334 kJ/kg nên về thể tích tích trữ năng

CÁC PHƯƠNG PHÁP

VÀ THIẾT BỊ YÊU CẦU

Chương

II

lượng mạnh hơn nước rất nhiều Thông thường thể tích bể chứa 0.02÷ 0.025

m3/kWh Khi tích trữ băng máy lạnh làm việc ở điều kiện khác với khi máy lạnh vận hành ở chế độ điều hòa không khí; nhiệt độ bốc hơi máy lạnh thấp (-5 ÷ -

100C), ngược lại máy lạnh làm việc vào khuya nên nhiệt độ môi trường thấp dẫn đến nhiệt độ ngưng tụ của máy lạnh hạ xuống Do ảnh hưởng của nhiệt độ bốc hơi tới hiệu suất làm việc của máy lạnh lớn hơn sự ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ nên hệ số làm lạnh ε của máy lạnh ở chế độ tích băng thấp hơn ở chế độ điều hòa không khí (Theo CT (2.7)) Sự liên hệ giữ nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ bay hơi đến hệ số làm lạnh của máy lạnh được biểu thị qua công thức sau:

Giả sử Tk, To là nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ bốc hơi của máy lạnh

Và Sa Sb lần lượt là entrôpy ứng với điểm a và b

Ta có các công thức sau:

o

c

T T

T w

c

T T

c

T T

k

c

T T

- Sử dụng tính đông đặc và nóng chảy một số loại vật liệu thay đổi pha

(thông thường là các muối) Loại này nhiệt độ biến đổi pha 8 ÷ 90C, nhiệt nóng

chảy 95kJ/Kg Thể tích trữ năng lượng dưới dạng nhiệt hiện không đáng kể, chủ

yếu dùng phương thức tích trữ dưới dạng nhiệt ẩn Nhược điểm của loại này là

nhiệt độ tích trữ hơi cao, trước khi cung cấp lạnh cho điều hòa không khí phải

được làm lạnh thêm 1 lần nữa Khả năng tích trữ nằm khoảng giữa nước và băng

Bảng 2.1 Bảng tóm tắt các đặc tính của các loại tích trữ lạnh:

Qua bảng, ta thấy 1 Kg nước từ 120C giảm xuống 00C trữ được 50 kJ, 00C nước

đông đặc thành băng 00C trữ được 334 kJ

Như vậy, tổng năng lượng trữ được là 384 kJ/Kg Nước lạnh ra 4 ÷ 70C, nước

lạnh hồi về 10 ÷ 150C Phạm vi này rất phù hợp với lĩnh vực điều hòa không khí

Nếu so sánh một cách tổng thể, tích trữ băng có khả năng gấp khoảng 7 lần nước,

tiết kiệm được bể trữ và khoảng không gian lắp đặt bể Khi so sánh với các chất

biến đổi pha thì khả năng tích trữ băng cũng lớn hơn nhiều lần Hơn nữa, các chất

biến đổi pha thường là các muối đặc biệt mắc tiền và có nhiệt độ biến đổi pha

cao (80C ÷ 90C) nên khó áp dụng trực tiếp cho hệ thống điều hòa không khí

Trên cơ sở đó, đề tài luận văn chủ yếu đi sâu vào phương thức tích trữ băng là phù hợp và hiệu quả nhất đối với phạm vi điều hòa không khí nói chung và khả năng sử dụng ở Việt Nam

2.1.2 Các phương pháp tích trữ băng:

¾ Tích trữ toàn phần:(H.2.2a)

Chiến lược trữ toàn phần là dịch toàn bộ tải lạnh lúc cao điểm bằng cách chạy máy nén lạnh lúc thấp điểm để tích trữ Khi đó máy lạnh không hoạt động lúc cao điểm, tải lạnh của hệ thống điều hoà không khí được cung cấp từ bộ tích trữ lạnh

Hệ thống được thiết kế đặc biệt để vận hành vào những ngày dự đoán trước nóng nhất ở chế độ đầy tải trong giờ thấp điểm để tích trữ Chiến lược này hầu như hấp dẫn khi nhu cầu tải đỉnh là cao và thời gian diễn ra tải đỉnh ngắn và sự khác nhau giữa tải cao điểm và thấp điểm lớn

Loại hệ thống tích trữ này có kích cỡ lớn, bộ phận tích trữ và máy lạnh mắc tiền hơn loại tích trữ một phần Tuy nhiên, loại này tiết kiệm kinh tế cao nhất bằng cách dịch chuyển nhu cầu điện từ lúc cao điểm sang thấp điểm

¾ Tích trữ băng một phần:

Loại tích trữ này, máy lạnh hoạt động để cung cấp một phần tải cho hệ thống điều hòa lúc tải đỉnh và phần còn lại được cung cấp từ bộ tích trữ Máy lạnh vẫn chạy liên tục 24h để cung cấp lạnh cho bộ tích trữ khi tải lạnh hệ thống thấp Máy có công suất nhỏ hơn tải thiết kế Hệ thống từng phần có thể hoạt động ở hai chế độ: đầy tải và giới hạn tải

- Chế độ đầy tải: (H.2.2b)

Máy lạnh có kích cỡ đủ để hoạt động đầy tải trong 24h vào những ngày trời nóng nhất Chiến lược này là hiệu quả nhất khi tải lạnh đỉnh đạt được là lớn hơn nhiều tải lạnh trung bình

- Chế độ giới hạn tải:(H.2.2c)

Máy lạnh vận hành non tải trong những giờ cao điểm có kết cấu giá điện cao và được điều khiển thông qua các bộ điều khiển tự động để giới hạn tải đỉnh của máy Sự tiết kiệm kinh tế từ phí vận hành và chi phí thiết bị máy lạnh lớn hơn hệ thống hoạt động đầy tải và thấp hơn hệ thống trữ toàn phần

Đ ường cong tải lạnh

Đường máy lạnh hoạt động

A Cung cấp lạnh từ hầm băng

C Máy lạnh chạy tích băng

Thời gian của ngày (24h)

H.2.2a Sơ đồ vận hành tích trữ toàn phần

H.2.2b Sơ đồ vận hành tích trữ một phần – chế độ đầy tải

H.2.2.c Sơ đồ vận hành tích trữ một phần – chế độ giới hạn tải

Hệ thống trữ một phần thường là sự chọn lựa kinh tế hơn Do đó, phần lớn hệ thống lắp đặt trữ băng là tích trữ một phần Mặc dù, tích trữ một phần không dịch tải nhiều như hệ thống tích trữ toàn phần, nhưng hệ thống tích trữ một phần có chi phí ban đầu thấp hơn Đặc biệt khi thiết kế, công suất tiêu thụ điện của các thiết

bị nhỏ hơn do dùng nước nhiệt độ thấp và cũng như những hệ thống phân phối khí lạnh

Đối với nhiều ứng dụng, dạng tích trữ băng một phần thường dùng là chế độ vận hành đầy tải có thể cho hiệu suất máy lạnh cao nhất vì lúc này máy lạnh hoạt động gần với tải kinh tế Một hệ thống vận hành chế độ đầy tải được thiết kế để máy lạnh hoạt động liên tục ở gần với công suất định mức của nó, để cung cấp tải thiết kế trong ngày Do đó, thiết bị có công suất nhỏ nhất có thể được dùng

Nhìn chung, tùy từng trường hợp phân tích đồ thị phụ tải, tính kinh tế mà có cách lựa chọn phương án nào Tuy nhiên, đối với tích trữ toàn phần, khả năng dịch chuyển phụ tải đỉnh mạnh, phí vận hành ít đặc biệt có lợi cho phụ tải điều hòa không khí lớn nhưng có phí đầu tư lớn Còn tích trữ một phần thì tổ máy và bộ tích trữ nhỏ hơn, do đó phí đầu tư giảm Hơn nữa, phạm vi áp dụng của loại này rộng rãi đặc biệt trong hệ thống điều hoà không khí trong ngày có sự biến đổi phụ tải lạnh lớn

2.2 Đánh giá tính khả thi và lựa chọn thiết bị phù hợp:

Việc tích trữ lạnh có rất nhiều dạng như đã nêu ở trên và cũng có nhiều loại

sơ đồ tích trữ Tuy nhiên, trong đề tài chúng tôi tập trung nghiên cứu phương pháp tích trữ bằng băng Trong tích trữ băng cũng có nhiều loại sơ đồ khác nhau và phân loại tương đối phức tạp Để đơn giản phân làm 2 loại chính: lãnh chất bốc hơi trực tiếp và chất tải lạnh tuần hoàn Từ các sơ đồ này, chúng tôi xem xét đánh giá sơ bộ ưu nhược điểm của chúng và đi đến chọn một sơ đồ có khả năng sử dụng tốt ở điều kiện khí hậu và chính sách năng lượng ở Việt Nam

2.2.1 Lãnh chất bốc hơi trực tiếp:

Loại này có 3 dạng như sau:

2.2.1.1.Thiết bị tích băng dạng tĩnh:(H.2.3 a & H.2.3b)

Nước cấp

Nước xả

1

23

H.2.3a Sơ đồ tích trữ băng nóng chảy bên ngoài dùng tác nhân lạnh trực tiếp

1 Hầm tích trữ băng 6 Tháp giải nhiệt

5 Bơm nước giải nhiệt 10 Bơm nước lạnh

Dàn lạnh được trực tiếp nhúng vào bể tích lạnh, khi máy lạnh làm nước lạnh dần và đóng băng dày dần lên trên bề mặt ngoài của ống để hoàn thành quá trình đóng băng Độ dày lớp băng phụ thuộc vào thiết kế bể tích trữ, thông thường khoảng 25 – 40 mm

¾ Quá trình cung cấp lạnh:

Bơm nước lạnh sẽ bơm nước qua bể tích làm băng tan ở nhiệt độ 1 ÷ 30C để đưa đến hệ thống điều hòa không khí Sau khi sử dụng nước lạnh qua các hộ tiêu thụ, nhiệt độ nước lạnh tăng lên và quay về lại bể tích Lớp băng bên ngoài ống tăng dần nhiệt độ Không khí nén được máy nén khí đẩy sục vào bể tích làm tăng quá trình truyền nhiệt và tan băng làm cho nhiệt độ nước ra đồng đều hơn.(H.2.3a)

Tích trữ băng dạng tĩnh hay còn gọi là tích trữ băng dùng tác nhân lạnh trực tiếp có băng nóng chảy bên ngoài dàn lạnh Ơû dạng này, ta thấy tác nhân lạnh sử dụng cho hệ thống có hàm lượng lớn và sơ đồ thực tế phức tạp hơn Do vậy người

ta có thể thay thế tác nhân lạnh bằng một chất tải lạnh (25% etylen glycol), nó có thể được bơm qua dàn lạnh đặt trong bể trữ Chất tải lạnh làm giảm sự tích trữ tác nhân lạnh đáng kể Tuy nhiên, bộ trao đổi nhiệt giữa tác nhân lạnh và chất tải lạnh phải có (H.2.3b)

Nước xả

Nước cấp

5

H.2.3b Sơ đồ tích trữ băng nóng chảy bên ngoài dùng chất tải lạnh

1 Hầm tích trữ băng 6 Bộ trao đổi nhiệt làm lạnh trực tiếp

2 Bơm chất tải lạnh 7 Van duy trì áp suất

3 Bơm nước giải nhiệt 8 Dàn lạnh

4 Tổ máy lạnh 9 Van motorize 2 ngã

5 Tháp giải nhiệt 10 Bơm nước lạnh điều khiển vô cấp

¾ Bộ phận tạo đá:

Bộ phận tạo đá lớn, những bể thép được cách nhiệt tốt chứa nhiều coil quanh

co, thường làm bằng ống thép có đường kính từ 1 đến 1.25 in HCFC thường được dùng làm tác nhân lạnh

Những coil lạnh được điền bởi tác nhân lạnh đuợc nhúng chìm trong nước của bể trữ lạnh và có chức năng như dàn bay hơi Đá được tạo quanh coil có bề dày từ 25mm đến 65mm Khi đá tạo thành trên coil, nhiệt độ tác nhân lạnh hút về máy nén giảm xuống từ –50C đến –40C Trong bể trữ, những ống thép của coil lạnh nên được đặt cách nhau sao cho những xylanh đá tạo quanh ống không kết dính với nhau Nếu như xylanh đá bị kết dính, đường dẫn nước tái tuần hoàn bị khóa Những tấm vách ngăn thỉnh thoảng được lắp vào để hướng dòng nước và cung cấp bề mặt truyền nhiệt thứ cấp giữa tác nhân lạnh và nước

¾ Cấp dịch tác nhân lạnh cho bộ phận tích trữ băng:

Hai loại cấp dịch được dùng rộng rãi với hệ thống tích trữ đá dạng tĩnh (tích đá trên coil) là: giản nở trực tiếp và cấp lỏng bằng bơm

- Giản nở trực tiếp (DX): dùng nguyên tắc chênh lệch áp suất giữa bình chứa lỏng tác nhân lạnh ở phía áp suất cao và phía áp suất hút để cưỡng bức tác nhân lạnh chảy qua bộ phận tạo băng Một bộ trao đổi nhiệt quá lạnh có thể được dùng để làm lạnh tác nhân lạnh lỏng từ bình ngưng để đạt hiệu suất cao hơn Quá trình giản nở trực tiếp đơn giản và không cần bơm lỏng tác nhân lạnh Mặt hạn chế chính của loại cấp dịch này là khoảng 15 ÷ 20% bề mặt coil lạnh được dùng để quá nhiệt và không tham gia vào quá trình tạo băng

- Cấp lỏng bằng bơm: Phương pháp này lỏng được cấp cho dàn coil thông qua bơm cho nên lượng tác nhân lỏng cấp cho dàn coil là lớn gấp 3 lần lỏng mà nó cần để bay hơi Do tác nhân lạnh này làm ướt bề mặt bên trong của dàn coil tạo băng, nên phương pháp này có hệ số truyền nhiệt lớn hơn phương pháp giản nở trực tiếp

¾ Các thiết bị yêu cầu:

Ngoài những thiết bị mà một hệ thống lạnh truyền thống thường có như: máy nén, dàn bay hơi, bộ ngưng tụ, tháp giải nhiệt bộ ngưng tụ, bơm nước lạnh, thiết

bị điều khiển, đường ống và các thiết bị nối ghép Hệ thống tích trữ phải có thêm: các bể trữ đá, thiết bị điều khiển đặc biệt, các bộ trao đổi nhiệt cần thiết, bơm tác nhân lạnh lỏng (nếu cấp lỏng bằng bơm) và các bơm bổ sung khác Trong đó, bộ phận tích trữ là quan trọng nhất chiếm tỷ trọng vốn ban đầu cao

Hệ thống tích trữ đá trên dàn coil dựa vào tác nhân lạnh nhìn chung tốn kém và phức tạp Lượng đá chiếm trong bể trữ chỉ bằng nửa dung tích bể, do vậy bộ phận tạo đá phải lớn và có khối lượng nặng hơn Trong quá trình đóng băng ngày càng dày lên, thì nhiệt độ của hơi bão hòa hút về máy nén giảm xuống, áp suất hút và đẩy đều thay đổi, đồng thời khi tạo băng máy nén yêu cầu tỷ số áp suất lớn Trong trường hợp này, chọn máy nén trục vít và ly tâm có khả năng thay đổi tỷ số dung tích trong là thích hợp nhất và có hiệu quả cao Tuy nhiên, một hệ thống tích trữ băng trên dàn coil với công suất nhỏ hơn 2400 Tons-hour, một máy nén Piston có thể được dùng Bộ ngưng tụ làm lạnh bay hơi có hệ số hiệu suất năng lượng hệ thống cao hơn và thường được dùng trong nhiều dự án mới

2.2.1.2 Thiết bị tích băng dạng động:(H.2.4)

Nước cấp

7

Nước xả

8

H.2.4 Sơ đồ tích trữ băng dạng động

2 Bơm nước nhiệt độ thấp 8 Tháp giải nhiệt

5 Bơm nước lạnh 11 Bơm nước giải nhiệt

6 Bộ phận tạo băng 12 Bơm nước sản xuất băng Trong sơ đồ này bộ phận tạo băng và tích băng tách làm 2 phần riêng biệt, bộ phận tạo băng đặt phía trên, thông thường băng được tạo nên dạng tấm mỏng

¾ Giai đoạn tạo băng:

Nước lạnh được bơm từ bể băng dội lên tấm bốc hơi, nước dội lên bốn bề mặt ngoài của tấm tạo băng chảy từ trên xuống, lãnh chất sôi trong tấm và hấp thụ nhiệt tạo thành lớp băng trên bề mặt Thông thường chiều dày lớp băng khoảng 5

÷ 10mm Khi chiều dày lớp băng đạt yêu cầu, cho xả đá và băng rơi xuống bể chứa, sau đó lặp lại quá trình tạo băng Thông thường, băng được tạo trên tấm phẳng từ 20 ÷ 30 phút và được xả trong 20 ÷ 40s Trong khi xả đá, những tấm phẳng của bộ bay hơi đóng vai trò như những bộ ngưng tụ Tuy nhiên, thời gian xả đá là một hàm ràng buột của tổng năng lượng cần để làm nóng hệ thống và phá mối liên kết giữa đá và bề mặt bay hơi, phụ thuộc vào phương pháp điều khiển, kết cấu bay hơi và điều kiện cung cấp gas nóng của máy nén…

¾ Đặc điểm của quá trình:

- Lớp băng luôn luôn nhỏ hơn 10 mm, nên nhiệt độ bốc hơi gần như không đổi khoảng -7 ÷ -40C Do đó, nhiệt độ sôi của lãnh chất cao hơn, hiệu suất máy nén cao hơn so với loại tĩnh Nhiệt độ của nước lạnh hồi từ các AHU qua các bộ bay hơi càng cao thì công suất của thiết bị tạo băng tăng và tiêu thụ năng lượng của nó khi vận hành giảm

- Do có vô số mảng băng nhỏ trong bể làm tăng diện tích tiếp xúc với nước, dễ tan băng, duy trì nước lạnh cung cấp đều ở nhiệt độ thấp

- Thích hợp cho hệ thống điều hòa không khí cấp gió ở nhiệt độ thấp Đối với một máy nén Piston dùng một bộ ngưng tụ làm lạnh bay hơi, tiêu thụ năng lượng của máy lạnh khi tạo băng là 0,95 ÷ 1,1 kW/ton

- Có nhược điểm là có quá trình xả đá nên quá trình tạo băng bị gián đoạn, ảnh hưởng dung lượng tạo băng, tạo nên một phần tổn thất nhiệt Do những tấm phẳng bốc hơi phải được đặt trên bể trữ, hệ thống sản xuất băng dạng này cần