Trong những năm gần đây kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí ĐHKK đã có những đóng góp quan trọng cho sự phát triển của nhiều ngành kinh tế: đông lạnh, thủy sản, lọc hóa dầu…và ngành xây
Trang 1KỸ THUẬT LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Ở VIỆT NAM PGS.TS Lê Nguyên Minh
Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường
1 KỸ THUẬT LẠNH VỚI PHÁT TRIỂN KINH TẾ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Trong những năm gần đây kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí (ĐHKK) đã có những đóng góp quan trọng cho sự phát triển của nhiều ngành kinh tế: đông lạnh, thủy sản, lọc hóa dầu…và ngành xây dựng đô thị đem lại lợi ích kinh tế to lớn cho đất nước
Năm 1930 Hãng Dupont đã sản xuất được Môi chất lạnh Freon thúc đẩy sự phát triển của ngành lạnh và ĐHKK nhưng sự phát thải vào khí quyển các môi chất lạnh CFC cũng là nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính và phá hủy tầng Ozon
Tầng OZON có tác dụng ngăn cản các tia tử ngoại (Bước sóng λ=0,02-04µm) có hại đối với hệ sinh thái trên mặt đất nhưng do tác động của môi chất lạnh CFC chứa Clo khi thải vào khí quyển đã làm phân rã phân tử O3 trong tầng OZON (STRATOSPHERE) gây hiện tượng thủng tầng OZON
Sự phát thải của môi chất lạnh vào khí quyển chiếm khoảng 24% các chất phát thải gây hiệu ứng nhà kính
Tỷ lệ các chất phát thải gây hiệu ứng nhà kính
Môi chất lạnh
CO2 CH4 N2O
CFC 11, 12 Không phải CFC
Chỉ riêng lượng phát thải CO2 năm 2004 do sử dụng nhiên liệu hóa thạch vào khoảng 48,0 tỉ tấn hậu quả biến đổi khí hậu sẽ xảy ra khi hàm lượng khí CO2 trong khí quyển tăng gấp đôi thời kỳ tiền công nghiệp (năm 1750 – 280 ppm CO2) nhiệt độ trung bình toàn cầu vào cuối thế kỷ 21 có thể tăng từ 2,0-4,5 0C và mực nước biển sẽ tăng cao tương ứng 0,18m-0,59m gây ngập mặn nhiều vùng đồng bằng ven biển trong đó có Việt Nam
Theo nghị định thư Kyoto, Việt Nam thuộc các nước đang phát triển sẽ có lộ trình cắt giảm các Môi chất lạnh tác động không tốt tới Biến đổi khí hậu chậm hơn các nước phát triển:
- CFC ( R11/R12) bị cấm sử dụng từ 01-01-2010
- HCFC ( R22/R123) bị cấm sử dụng từ 01-01-2040
Trang 22 MÁY LẠNH CHO ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ (ĐHKK)
- Theo mục đích sử dụng, máy lạnh được chia làm 2 loại chính:
+ Máy lạnh sử dụng công nghệ: Nhà máy đông lạnh thủy sản, nhà máy lọc hóa dầu, bảo quản thực phẩm, sản xuất sữa, dược phẩm
+ Máy lạnh sử dụng cho điều hoà không khí
- Theo nguyên lí trao đổi nhiệt máy lạnh được chia làm 2 loại:
+ Máy làm lạnh trực tiếp, ở loại máy này không khí hoặc các sản phẩm của quá trình sản xuất được làm lạnh trực tiếp khi môi chất lạnh đi qua dàn bay hơi Loại máy lạnh này được sử dụng trong thiết bị lạnh công nghiệp hoặc trong các máy ĐHKK cục
bộ Bảng 1 giới thiệu phạm vi công suất và chỉ số hiệu quả làm lạnh của loại máy làm lạnh trực tiếp
+ Máy làm lạnh gián tiếp (máy làm lạnh nước 70 C-Chiller) thường được sử dụng trong hệ thống ĐHKK trung tâm công suất lớn (Loại máy này có công suất lạnh đơn vị đến trên 8000 kW)
Bảng 1: Công suất và chỉ số hiệu quả làm lạnh của máy ĐHKK cục bộ
Công suất máy lạnh một máy nén (Scroll/Rotary)
1 dàn nóng + (1-6) dàn lạnh (1) 2.6 KW…….14 KW
1 dàn nóng + (13-16) dàn lạnh (2)
25 KW…….45 KW (8HP…….16 HP) Funiki COP = 2.56….3.61 KW/KW Không có Nagakawa COP = 2.61….3.15 KW/KW Không có
Hãng sản xuất
trong nước
LG COP = 2.60….3.08 KW/KW COP = 3.2……3.91 KW/KW Samsung COP = 2.75….3.13 KW/KW COP = 3.03….3.89 KW/KW Daikin COP = 2.50….2.92 KW/KW COP = 3.19….4.29 KW/KW Mitsubishi COP = 2.39….3.29 KW/KW COP = 3.40….3.91 KW/KW Fusitsu COP = 2.62….2.93 KW/KW COP = 3.18….4.07 KW/KW
Hãng nước
ngoài
Midea COP = 2.64….2.87 KW/KW COP = 3.28….3.32 KW/KW
Ghi chú:
Chỉ số hiệu quả làm lạnh (COP – Coeffiencient of performance), (Ở 100% công suất lạnh) COP=Công suất lạnh/Điện tiêu thụ (kW/kW)
Công suất lạnh: 12000 Btu/h=3.516 kW = 1 Ton lạnh (RT)
Trang 3Khi vận hành, máy lạnh có chỉ số COP cao sẽ có mức tiêu thụ điện thấp, để nâng cao chỉ
số COP hiện nay đang áp dụng công nghệ điều khiển máy nén: Inverter, Digital…Tuy nhiên vấn đề tiết kiệm chi phí khi chạy ĐHKK còn phụ thuộc rất nhiều yếu tố: Cách nhiệt phòng điều hòa, nhiệt độ không khí ngoài nhà, trong nhà …
Đối với những công trình có quy mô nhỏ hơn 10.000 m2 sàn, do yêu cầu sử dụng độc lập
và thiết kế đơn giản nên máy ĐHKK cục bộ đang được sử dụng rộng rãi Hiện nay các nhà sản xuất trong nước và nước ngoài đã có thể đáp ứng nhu cầu máy ĐHKK cục bộ cho thị trường trong nước với chỉ số COP chênh lệch không nhiều
Bảng 2 cho thấy mức tăng trưởng hàng năm của thị trường máy ĐHKK cục bộ ở Việt Nam vào khoảng 15%
Bảng 2: Thị trường máy ĐHKK cục bộ ở Việt Nam
(Nguồn: BSRIA)
Loại máy
ĐHKK
trưởng
Máy 1 cục 7.000 7.350 7.200 6.400 5.900 5.100 -6.1% Máy 2 cục
≤ 5 KW
> 5KW
164.050 28.950
119.118 34.074
220.962 40.723
255.493 46.093
295.450 52.173
341.689 59.057
+15.8% +15.3% Tổng cộng (Bộ) 200.000 225.192 261.685 301.586 347.623 405.846 +15.7%
3 MÁY ĐHKK SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ CÓ HIỆU QUẢ
3.1 Các giải pháp nâng cao COP
Để nâng cao chỉ số hiệu quả làm lạnh COP, hiện nay đã áp dụng kỹ thuật điều khiển tốc
độ máy nén bằng biến tần (Inverter) hoặc điều khiển kỹ thuật số (Digital) để thay đổi thời lượng chạy máy nén Những phương pháp này có thể tiết kiệm được 30% chi phí vận hành nhưng làm tăng giá thành thiết bị khoảng 20%
Khi kết hợp chức năng ĐHKK với nhu cầu cung cấp nước nóng máy điều hòa không khí thu hồi nhiệt đem lại hiệu quả sử dụng điện năng lên gấp đôi
Máy điều hòa không khí thu hồi nhiệt là loại máy có thể chạy ở chế độ cung cấp lạnh cho ĐHKK và nước nóng cho sinh hoạt (Hình 1)
- Mùa hè, máy ĐHKK thu hồi nhiệt sử dụng nhiệt thải ở dàn ngưng để đun nước nóng sinh hoạt 500C, Khi sử dụng ở chế độ này (Hình 2) chỉ số hiệu quả năng lượng tổng hợp (COP) được tính như sau:
COP = (Công suất lạnh cho ĐHKK + công suất nhiệt cho đun nước nóng)/ Điện tiêu thụ = (14+15)/5.5=5.27 kW/kW
Trang 4Nước nóng được tích vào bình 260l khi chạy máy ĐHKK, như vậy có thể hiểu khi sử dụng ĐHKK thì việc cung cấp nước nóng không mất tiền điện
Hình 1: Máy ĐHKK thu hồi nhiệt
(3) Bình nước nóng 500C-2600C (4) Sử dụng nước nóng
- Mùa đông có thể cung cấp nước nóng khi chạy ở chế độ bơm nhiệt (Heat pump)
Khi chạy ở chế độ đun nước nóng (Hình 3) có chỉ số hiệu quả năng lượng COP=2.72 kW/kW
Tiêu thụ điện của máy cung cấp nước nóng kiểu bơm nhiệt chỉ bằng 1/3 tiêu thụ điện của bình đun nước nóng kiểu điện trở thông thường
Hình 2: Máy ĐHKK thu hồi nhiệt chạy ở chế độ làm lạnh và đun nước nóng
Trang 5Bảng 3:Tiến bộ kỹ thuật máy ĐHKK thu hồi nhiệt
Máy ĐHKK thu hồi nhiệt đun nước nóng Max Thông số kỹ thuật
Chỉ số hiệu quả năng lượng tổng hợp COP =5.27 kW/kW
Hình 3: Máy ĐHKK chạy ở chế độ bơm nhiệt bơm nước nóng
3.2 Tính tiết kiệm điện khi sử dụng Máy ĐHKK thu hồi nhiệt
Tính tiết kiệm điện cho khu đô thị mới 4000 căn hộ nếu sử dụng loại máy ĐHKK thu hồi nhiệt thì có thể đạt hiệu quả tiết kiệm điện như sau:
- Chế độ chạy mùa hè
Khu đô thị mới 4000 căn hộ (loại 5 phòng + 2WC + Bếp) nếu sử dụng ĐHKK thu hồi nhiệt chạy 2h/ngày thì có thể giảm được tiêu thụ điện cho viêc đun nước nóng trong 1 ngày mùa hè:
15kW x 2h/ngày x 4.000 hộ = 120.000 kWh/ngày (Khoảng 160 triệu đồng/ ngày)
(1 hộ có thể tiết kiệm được 15-30kWh (Số điện) cho 1 ngày mùa hè)
- Chế độ chạy mùa đông
Vào mùa đông khi máy chạy ở chế độ bơm nhiệt để cung cấp nước nóng có thể tiết kiệm điện so với bình đun điện thông thường
(15-5.5)kW x 2h x 4.000 hộ = 76.000 kWh/ ngày
(1 hộ có thể tiết kiệm được khoảng 20 kWh (Số điện) cho 1 ngày mùa đông)
Trang 64 MÁY ĐHKK TRUNG TÂM
Đối với công trình công cộng có diện tích xây dựng lớn trên 10.000 m2 sàn như: Siêu thị, nhà Ga hàng không, trung tâm hội nghị …, công suất lạnh từ 2.000 kW-20.000 kW thì hệ thống ĐHKK trung tâm sẽ đem lại lợi ích kinh tế kỹ thuật, giá trị kiến trúc công trình và tuổi thọ thiết bị
Bảng 4: Phạm vi công suất và chỉ số hiệu quả năng lượng của máy làm lạnh nước (Chiller) khi chạy 100 % tải
Loại
Chiller
Môi chất lạnh
Công suất lạnh (RT) (1.1)
PIC (1.2) (kW/RT)
COP (kW/kW)
Khả năng giảm tải (%) Chiller ly tâm (Centrifugal) giải nhiệt nước
Hoa Kỳ 134a 200 – 1500 0,55 – 0,62 5,66 – 6,39 10
123 200 – 2000 0,45 – 0,55 6,39 – 7,80 10 Hoa Kỳ
123 1500 – 4000 0,45 – 0,55 6,39 – 7,80 10 134a 125 – 1250 0,50 – 0,60 5,85 – 7,02 10 134a 250 – 2400 0,50 – 0,60 5,85 – 7,02 10 Nhật Bản
134a 1200 – 2700 0,50 – 0,60 5,85 – 7,02 10 134a 350 – 1100 0,61 – 0,66 5,3 – 5,75 10 Trung
Ghi chú:
(1.1) 1RT=3.516 kW
(1.2) Chỉ số tiêu thụ điện PIC = Công suất điện tiêu thụ/ Công suất lạnh (kW/kW)
Bảng 5 cho biết giá trị đầu tư và mức tăng trưởng của thị trường làm lạnh trung tâm – Chiller vào khoảng 15%/năm
Trang 7Bảng 5: Thị trường máy làm lạnh nước –Chiller
(Nguồn: BSRIA)
Công suất máy Lạnh 2005 2006 2007 2008 2209 2010 Mức tăng
trưởng
Công suất lạnh < 100 kW
Công suất lạnh > 100 kW
0.4 15.2
0.5 18.6
0.6 22.0
0.7 23.7
0.8 26.7
0.9 30.1
17.2% 14.6% Tổng (triệu USD/năm) 15.6 19.1 22.6 24.4 27.5 31.0 14.6%
Việc áp dụng hệ thống ĐHKK trung tâm ở Việt Nam hiện nay không chỉ phụ thuộc vào quy mô và đặc điểm công trình mà còn phụ thuộc nhiều vào sự hiểu biết của nhà đầu tư và năng lực tư vấn thiết kế
Bảng 6 cho biết thứ tự và thị phần của các nhà cung cấp Chiller ở Việt Nam
Bảng 6: Hãng cung cấp Chiller vào Việt Nam
TT Tất cả công suất lạnh Công suất lạnh < 350 KW Công suất lạnh > 350 KW
5 THỊ TRƯỜNG MÁY LẠNH CÔNG NGHIỆP
Theo thống kê thị trường lạnh công nghiệp Việt Nam vào khoảng 30-35 triệu USD/năm Trải dài từ Bắc vào Nam, trong đó tập trung chủ yếu ở thị trường Miền Tây Nam Bộ
Thị trường Miền Tây chiếm khoảng 20 triệu USD, phần còn lại 10 đến 15 triệu USD ở Miền Đông Nam Bộ, Miền Trung và Miền Bắc
Hiện nay khi Việt Nam phát triển mạnh mẽ công nghiệp lọc hóa dầu và các nhà máy vệ tinh đi kèm, ước tính lạnh công nghiệp cung cấp thêm cho thị trường khoảng 5-7 triệu USD/năm
Trang 8Các nhà cung cấp uy tín trong lĩnh vực lạnh công nghiệp ở Việt Nam:
Tập đoàn Johnson Controls-USA, Mycom-Japan, Grasso-Germany
Và các nhà cung cấp thiết bị phụ trong hệ thống lạnh: Valves Danfoss-Denmark, Aircooler-Guntner…
Việc xây dựng hệ thống lạnh công nghiệp đòi hỏi trình độ chuyên môn cao vì vậy không chỉ là nhà cung cấp thiết bị lạnh đơn thuần mà còn phải đem đến cho khách hàng giải pháp tối
ưu nhất: Tự động hóa tiên tiến, Tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường
6 MÁY LẠNH CÔNG NGHIỆP
Máy lạnh công nghiệp bao gồm 02 loại:
- Loại làm lạnh trực tiếp đến – 400C cho các quá trình đông lạnh, bảo quản hải sản… Bảng 7 cho biết thông số kỹ thuật của loại máy làm lạnh trực tiếp
Bảng 7: Thông số kỹ thuật của loại máy làm lạnh trực tiếp YORK-SMC
Công suất lạnh kW
Model Số Cylinder
0/+350C -40/+350C 0/+350C -10/+350C
- Loại máy làm lạnh gián tiếp –làm lạnh nước hoặc dung dịch Glycol 30% có thể hạ nhiệt độ đến -80C
Bảng 8: Thông số kỹ thuật của máy làm lạnh gián tiếp, Glycol 30% (SABROE)
(Môi chất lạnh R717-NH 3 )
Nhiệt độ( 0 C),Glycol 30% Nhiệt độ nước làm mát Model Công suất
lạnh (kW)
E-Motor
Ví dụ nhà máy đông lạnh 4.200 tấn được các nhà chuyên môn thiết kế và cung cấp hệ thống thiết bị lạnh bao gồm:
Trang 902 máy lạnh 679 kW @ - 70C/+350C Động cơ điện 2x200kW
02 máy lạnh 282 kW @ - 290C/-70C Động cơ điện 2x75kW
03 máy lạnh 180 kW @ - 380C/-70C Động cơ điện 3x75kW
7 CHƯƠNG TRÌNH TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG THƯƠNG MẠI THÍ ĐIỂM CEEF 2004 -2008
- Hệ thống làm mát và đông lạnh là những thiết bị quan trong, tiêu thụ điện năng trên 60%
ở các ngành: Chế biến và bảo quản thực phẩm, các sản phẩm sữa, Điện tử, Dược phẩm
- Tiềm năng tiết kiệm điện: Thiết kế và cách nhiệt hợp lý có thể tiết kiệm được 15% điện năng cho hệ thống làm mát và đông lạnh
- Giải pháp tiết kiệm điện cho hệ thống làm lạnh
Thay thế thiết bị đông lạnh mới có hiệu quả làm lạnh cao
Lên kế hoạch làm kho, xếp dỡ và vận chuyển sản phẩm hợp lý
Giảm thiểu sự tổn hao lạnh ở cửa ra vào, kho hở, đến chiếu sáng…
Dễ dàng tiếp cận với sản phảm lạnh để giảm thời gian và số lần mở cửa các phòng đông lạnh
8 ĐẦU TƯ VÀO NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỦY SẢN
Khi đầu tư vào nhà máy chế biên thủy sản cần có một quyết định đúng, ngoài giá thành của thiết bị cần xem xét các vấn đề dưới đây khi đầu tư vào hệ thống lạnh:
- Công suất, chất lượng và độ tin cậy của thiết bị ?
- Điện năng tiêu thụ trong quá trình vận hành ?
- Điều kiện và chi phí bảo trì ?
- Tính hiệu quả và độ an toàn trong thiết kế kỹ thuật của thiết bị ?
- Kinh nghiệm và danh tiếng của nhà cung cấp ?
- Các công trình do nhà cung cấp đã lắp đặt trước đây ?
- Thị trường nội địa, khu vực, toàn cầu & Dịch vụ hậu mãi?
- Chất lượng của thực phẩm chế biến và khả năng cạnh tranh của chúng trên thị trường ?
- Phí tổn và rủi ro phát sinh ( so với chi phí của toàn bộ dự án) ?
- Thời gian hoàn vốn ( khoảng bao nhiêu năm) ?
9 BÌNH LUẬN
Thị trường ĐHKK và lạnh công nghiệp ở Việt Nam mới bắt đầu phát triển và còn nhỏ
bé so với thế giới Chúng ta mới lắp ráp được loại máy ĐHKK cục bộ công suất nhỏ và khả năng chế tạo loại máy lạnh công suất lớn gặp nhiều khó khăn do thị trường trong nước nhỏ bé
Trang 10và khó cạnh tranh về công nghệ với các nước tiên tiến Trước mắt các cơ quan quản lý Nhà nước nên tập trung một số nội dung sau:
+ Nghiên cứu xây dựng quy chuẩn sử dụng năng lượng tiết kiệm và có hiệu quả trong lĩnh vực lạnh và ĐHKK
+ Xây dựng phòng kiểm định đủ điều kiện để đánh giá và dán nhãn sản phẩm ĐHKK đạt tiêu chuẩn chất lượng
+ Xây dựng chương trình đào tạo và cấp chứng chỉ cho các đơn vị và cá nhân đủ khả năng tư vấn thiết kế trong ngành lạnh và ĐHKK để từng bước khắc phục tình trạng lạc hậu và thiếu chuyên nghiệp như hiện nay