Luận văn: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG QUẢ CẦU TÍCH LẠNH ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
—————-
NGUYỄN DUY TUỆ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG QUẢ CẦU TÍCH LẠNH ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong những năm gần đây, các công trình cao ốc đã được xây dựng rất nhiều ở Việt Nam. Điều đó gắn liền với việc sử dụng hệ thống điều hòa không khí trung tâm tại những nơi này. Thế nhưng sự tiêu hao năng lượng cho nó lại chiếm đến khoảng 40% năng lượng sử dụng của tòa nhà. Điều này làm tăng chi phí vận hành cũng như gia tăng nhu cầu sử dụng điện năng trong giờ cao điểm sẽ dẫn đến tình trạng mất cân bằng rất lớn trong việc tiêu thụ điện giữa giờ cao điểm và thấp điểm. Ngoài ra chưa kể đến các công trình điều hòa không khí thường được thiết kế ở điều kiện phụ tải đỉnh cũng làm giảm hiệu quả kinh tế khi sử dụng. Một trong những phương pháp mang lại hiệu quả cho việc sử dụng điện năng cũng như làm giảm thiểu việc sử dụng các môi chất gây hiệu ứng nhà kính để bảo vệ môi trường chính là phương án tích trữ lạnh. Phương pháp này đã được sử dụng rất nhiều trên thế giới nhưng lại rất hạn chế ở Việt Nam với lý do là giá thành nhập khẩu khá cao, tốn thời gian trong việc nhập khẩu. Vì vậy, trong luận văn này tác giả sẽ nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm quả cầu tích lạnh cũng như các phương án tự động hóa hệ thống tích trữ lạnh với mong muốn làm cơ sở cho việc chế tạo và sử dụng rộng rãi tại Việt Nam góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của tòa nhà.
MỤC LỤC NỘI DUNG LUẬN VĂN
LỜI NÓI ĐẦU ………………………………………………………………………………………………………….. 1
Chương 1: PHẦN MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………………… 3
1.1.Yêu cầu thực tiễn cần thiết của đề tài ………………………………………………………………………. 4
1.2.Nội dung nghiên cứu …………………………………………………………………………………………….. 5
1.3.Giới hạn của đề tài ………………………………………………………………………………………………… 5
1.4.Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………………………………………………….. 6
1.5.Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ………………………………………………………. 6
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TÍCH TRỮ LẠNH ………………………………… 7
2.1.Khái niệm về tích trữ lạnh, các ứng dụng và lợi ích …………………………………………………… 8
2.1.1. Khái niệm và lợi ích của việc tích trữ lạnh …………………………………………………………… 8
2.1.2. Các ứng dụng của hệ thống tích trữ lạnh …………………………………………………………….. 9
2.2.Lược khảo các ứng dụng, công trình nghiên cứu hệ thống tích trữ lạnh ……………………… 12
2.2.1. Công trình nghiên cứu và ứng dụng trong nước ………………………………………………… 12
2.2.2. Các công trình nghiên cứu và ứng dụng ngoài nước …………………………………………… 13
2.3.Cơ sở lý thuyết về chất biến đổi pha PCM ……………………………………………………………… 15
2.3.1. Một số yêu cầu khi chọn lựa chất biến đổi pha …………………………………………………… 15
2.3.2. Phân tích các đặc tính hóa lý của một số chất biến đổi pha ………………………………….. 16
2.3.2.1.Lý thuyết về sự động đặc và tan chảy ………………………………………………………………. 16
2.3.2.2.Điểm Eutetic và giản đồ dung dịch nước muối ………………………………………………….. 18
2.3.2.3.Tính chất hóa, lý của một số chất PCM thường dùng …………………………………………. 21
2.3.3. Lựa chọn chất biến đổi pha trong hệ thống tích trữ lạnh ……………………………………… 28
2.4.Các phương án tích trữ lạnh …………………………………………………………………………………. 28
2.4.1. Phương án tích trữ toàn phần ………………………………………………………………………….. 28
2.4.2. Phương án tích trữ một phần …………………………………………………………………………… 29
2.5.Các công nghệ tích trữ lạnh được sử dụng trong thực tế ………………………………………….. 31
2.5.1. Công nghệ tích trữ bằng nước …………………………………………………………………………. 31
2.5.2. Công nghệ tích trữ lạnh băng tan chảy bên trong ……………………………………………….. 32
2.5.3. Công nghệ tích trữ băng tan chảy bên ngoài ……………………………………………………… 33
2.5.4. Công nghệ tích trữ lạnh sử dụng tháp đá …………………………………………………………… 34
2.5.5. Công nghệ tích trữ băng dạng bột ……………………………………………………………………. 35
2.5.6. Công nghệ sử dụng quả cầu tích trữ lạnh ………………………………………………………….. 35
Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TÍCH TRỮ LẠNH CO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM ………………………………………………………………………………………………………… 37
3.1.Phân tích các sơ đồ bố trí thiết bị tích trữ lạnh ………………………………………………………… 38
3.1.1. Sơ đồ bố trí song song ……………………………………………………………………………………. 38
3.1.2. Sơ đồ bố trí nối tiếp ……………………………………………………………………………………….. 40
3.1.2.1.Sơ đồ với Chille đặt trước bình tích lạnh …………………………………………………………… 40
3.1.2.2.Sơ đồ với Chille đặt sau bình tích lạnh ……………………………………………………………… 41
3.2.Tính toán lựa chọn Chille cho hệ thống tích trữ lạnh ………………………………………………… 42
3.2.1. Tính toán thời gian động đặc của nước ……………………………………………………………… 42
3.2.2. Lựa chọn Chille cho hệ thống tích trữ toàn phần ……………………………………………….. 42
3.2.3. Lựa chọn Chille cho hệ thống tích trữ một phần ………………………………………………… 43
3.3. Tính toán dung tích của hệ thống sử dụng quả cầu tích trữ lạnh ……………………………… 43
3.3.1. Tính toán theo Catalogue của hãng Christophia …………………………………………………. 43
3.3.2. Tính toán theo Catalogue của hãng PCM Limited …………………………………………….. 46
3.3.3. Xây dựng công thức tính toán dung tích của chất PCM sử dụng nước …………………. 46
3.4. Tính toán thủy động của hệ thống sử dụng quả cầu tích trữ lạnh …………………………….. 48
3.4.1. Tổn thất áp suất của lưu chất qua bồn tích trữ ……………………………………………………. 48
3.4.2. Tính toán lựa chọn bơm cho hệ thống tích trữ lạnh …………………………………………….. 50
3.5. Tính toán kinh tế cho hệ thống tích trữ lạnh …………………………………………………………. 51
3.5.1. Tính toán chi phí đầu tư sơ bộ cho hệ thống ………………………………………………………. 51
3.5.1.1.Đối với hệ thống không có tích trữ lạnh ……………………………………………………………. 51
3.5.1.2.Đối với hệ thống có tích trữ lạnh ……………………………………………………………………… 51
3.5.2. Tính toán chi phí vận hành hàng năm ……………………………………………………………….. 52
3.5.2.1.Đối với hệ thống không có tích trữ lạnh ……………………………………………………………. 52
3.5.2.2.Đối với hệ thống có tích trữ lạnh ……………………………………………………………………… 53
3.6. Lập trình tính toán hệ thống tích trữ lạnh …………………………………………………………….. 53
3.6.1. Sơ đồ khối chương trình …………………………………………………………………………………. 53
3.6.2. Các giao diện của chương trình tính toán ………………………………………………………….. 55
Chương 4: MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM SỬ DỤNG QUẢ CẦU TÍCH TRỮ LẠNH ……………………………………………………………………………….. 59
4.1.Thiết kế mô hình hệ thống tích trữ lạnh ………………………………………………………………….. 60
4.1.1. Mục đích thiết kế mô hình tích trữ lạnh …………………………………………………………….. 60
4.1.2. Thiết kế sơ đồ vận hành hệ thống tích trữ lạnh …………………………………………………… 60
4.1.3. Tính toán thiết kế bình tích trữ lạnh sử dụng quả cầu …………………………………………. 62
4.2.Bố trí thiết bị cho mô hình thí nghiệm ……………………………………………………………………. 63
4.3.Bàn luận, phân tích và đánh giá các kết quả đạt được ………………………………………………. 66
4.3.1. Phân tích và đánh giá số liệu trong quá trình nạp tải …………………………………………… 66
4.3.1.1.Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian tạo băng ……………………………………………………. 67
4.3.1.2.Sự tiêu thụ năng lượng trong quá trình nạp tải …………………………………………………… 71
4.3.2. Phân tích và đánh giá số liệu trong quá trình xả tải …………………………………………….. 73
4.3.2.1.Sự biến đổi nhiệt độ của chất tải lạnh và không khí khi xả tải ………………………………. 73
4.3.2.2.Đánh giá tổn thất áp suất của bình tích trữ ………………………………………………………… 75
4.3.2.3.Sự tiêu thụ năng lượng trong quá trình xả tải …………………………………………………….. 77
Chương 5: TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG TÍCH TRỮ LẠNH …………………………………. 79
5.1.Các phương pháp tự động hóa hệ thống điều hòa không khí trung tâm sử dụng nước làm chất tải lạnh 79
5.1.1. Điều chỉnh năng suất lạnh các FCU ………………………………………………………………….. 79
5.1.2. Điều chỉnh năng suất lạnh Chiller …………………………………………………………………….. 81
5.2. Phân tích một số phương án tự động hóa hệ thống tích trữ lạnh ……………………………… 84
5.2.1. Sơ đồ hoạt động của hệ thống tích trữ lắp song song với Chiller ………………………….. 84
5.2.2. Tự động hóa trong quá trình nạp tải ………………………………………………………………….. 85
5.2.3. Tự động hóa trong quá trình nạp tải kết hợp với việc làm lạnh …………………………….. 85
5.2.4. Tự động hóa quá trình làm lạnh trực tiếp kết hợp với việc xả tải ………………………….. 86
5.2.5. Tự động hóa quá trình xả tải trực tiếp ……………………………………………………………….. 87
5.2.6. Tự động hóa hệ thống tích trữ lạnh bố trí nối tiếp với Chiller ………………………………. 87
5.3. Ứng dụng PLC trong tự động hóa hệ thống tích trữ lạnh ………………………………………. 88
5.4. Phân tích sơ đồ vận hành tích trữ lạnh của Siêu thị Big C Thăng Long và nhà máy Coca Cola 96
5.4.1. Sơ đồ vận hành tích trữ lạnh của siêu thị Big C Thăng Long ……………………………….. 96
5.4.2. Sơ đồ vận hành tích trữ lạnh của nhà máy Coca Cola Viet Nam ………………………….. 97
Chương 6: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TÍCH TRỮ LẠNH 98
6.1.Tính toán kinh tế, kỹ thuật của hệ thống Điều hòa không khí kiểu truyền thống ………….. 99
6.2.Tính toán kinh tế, kỹ thuật của hệ thống Điều hòa không khí sử dụng bình tích trữ lạnh 102
6.3.Nhận xét và đánh giá hiệu quả kinh tế ………………………………………………………………….. 108
Chương 7: KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ ………………………………………………. 109
PHỤ LỤC …………………………………………………………………………………………………………….. 112
