Nội dung Phần I
1. Giới thiệu
2. Tìm hiểu về Hiệu suất của Hệ thống Chiller
1. Giới thiệu
1.1 Tầm quan trọng của Hệ thống Chiller trong Hệ thống Làm mát Tòa nhà
Trong các tòa nhà thương mại, cơ quan và công nghiệp hiện đại, hệ thống Chiller là trái tim của hệ thống làm mát. Nó cung cấp nước lạnh lưu thông qua các thiết bị xử lý không khí (AHU), dàn lạnh (FCU) và các thiết bị đầu cuối khác để duy trì điều kiện thoải mái trong nhà và đảm bảo hoạt động bình thường của các thiết bị nhạy cảm với nhiệt độ.
Đối với các tòa nhà văn phòng lớn, bệnh viện, trung tâm dữ liệu và cơ sở sản xuất, hệ thống làm lạnh thường là đơn vị tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong hệ thống thiết bị của tòa nhà. Hệ thống thường hoạt động liên tục trong giờ cao điểm và, ở nhiều vùng khí hậu, có thể hoạt động quanh năm.
Hiệu suất của hệ thống làm lạnh ảnh hưởng trực tiếp đến:
- Chất lượng môi trường trong nhà (kiểm soát sự thoải mái và độ ẩm)
- Chi phí năng lượng và lượng khí thải carbon
- Độ tin cậy của hệ thống và vòng đời thiết bị
Do những vai trò quan trọng này, việc tối ưu hóa hoạt động của hệ thống làm lạnh là một trong những hành động có tác động lớn nhất mà các kỹ sư có thể thực hiện để cải thiện hiệu suất năng lượng tổng thể của tòa nhà.
1.2 Tầm quan trọng của Năng lượng
Dữ liệu tiêu thụ năng lượng từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và các nghiên cứu của ASHRAE cho thấy:
- Hệ thống HVAC thường chiếm 40–60% tổng mức sử dụng năng lượng của tòa nhà.
- Riêng hệ thống làm lạnh có thể tiêu thụ đến 70% lượng năng lượng dùng trong lĩnh vực HVAC, trong các tòa nhà thương mại lớn.
- Cứ mỗi 1% cải thiện hiệu suất của hệ thống làm lạnh, người vận hành thường có thể tiết kiệm được 0,3–0,5% tổng mức năng lượng của tòa nhà.
Ví dụ, một hệ thống làm lạnh trung tâm 1.000 tấn hoạt động 3.000 giờ mỗi năm với hiệu suất trung bình 0,7 kW/tấn sẽ tiêu thụ khoảng 2,1 triệu kWh mỗi năm. Việc giảm mức tiêu thụ năng lượng xuống 0,6 kW/tấn thông qua tối ưu hóa sẽ tiết kiệm được 300.000 kWh mỗi năm - tương đương với khoảng 30.000 đô la Mỹ (với mức giá 0,10 đô la/kWh) và giảm phát thải 210 tấn CO₂.
1.3 Tại sao Tối ưu hóa Năng lượng là Thiết yếu
Tiết kiệm Chi phí:
Giá điện tăng cao và ngày càng cao, khiến việc tối ưu hóa năng lượng trở thành một cơ hội lớn để giảm chi phí vận hành. Máy làm lạnh hiệu quả và hệ thống điều khiển được tối ưu hóa có thể tiết kiệm 10–30% năng lượng mà không cần thay thế thiết bị lớn.
Mục tiêu bền vững:
Nhiều tổ chức đang áp dụng các khuôn khổ ESG, LEED và ISO 50001. Việc tối ưu hóa các Hệ thống Chiller góp phần trực tiếp vào việc giảm phát thải Scope 2 và cải thiện xếp hạng bền vững.
Độ tin cậy vận hành:
Các Hệ thống Chiller được vận hành hiệu quả sẽ giảm thiểu áp lực lên máy nén, máy bơm và tháp giải nhiệt - giảm hao mòn, tần suất bảo trì và thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch.
Tính linh hoạt của hệ thống và khả năng sẵn sàng cho tương lai:
Các phương pháp tối ưu hóa hiện đại - chẳng hạn như lưu lượng biến thiên, điều khiển kỹ thuật số và vận hành có hỗ trợ AI, chuẩn bị cho các cơ sở tích hợp với lưới điện thông minh, năng lượng tái tạo và các chương trình đáp ứng nhu cầu.
1.4 Những điều Kỹ sư sẽ học được từ bài viết này
Bài viết này được thiết kế như một hướng dẫn thực tế cho các kỹ sư vận hành và quản lý tòa nhà, người chịu trách nhiệm vận hành và bảo trì hàng ngày các Hệ thống Chiller.
Bài này giúp người đọc hiểu rõ hơn về:
- Các chỉ số hiệu suất chính (KPI) như COP, kW/tấn, Delta T và Nhiệt độ tiếp cận.
- Cách chẩn đoán các điểm kém hiệu quả như delta T thấp, trình tự không phù hợp hoặc hiệu suất trao đổi nhiệt kém.
- Các kỹ thuật tối ưu hóa đã được chứng minh cho máy làm lạnh, máy bơm, tháp giải nhiệt và hệ thống không khí.
- Cách sử dụng các công cụ tự động hóa, phân tích dữ liệu và phát hiện lỗi để cải thiện hiệu suất liên tục.
- Những ví dụ áp dụng điển hình, minh họa mức tiết kiệm năng lượng có thể đo lường được và các lợi ích của vận hành.
Đến cuối bài viết này, các kỹ sư sẽ được trang bị các chiến lược khả thi để cải thiện hiệu suất Hệ thống Chiller, giảm mức tiêu thụ năng lượng và đảm bảo hoạt động làm mát bền vững, đáng tin cậy.
2. Hiểu về Hiệu suất của Hệ thống Làm lạnh
2.1 Vai trò của Hiệu suất trong Vận hành Hệ thống Làm lạnh
Hiệu suất của hệ thống làm lạnh quyết định hiệu quả chuyển đổi điện năng thành công suất làm lạnh của hệ thống. Trong hầu hết các hệ thống làm lạnh trung tâm, hiệu suất này được đo lường liên tục và tạo nền tảng cho việc tối ưu hóa năng lượng.
Một hệ thống được tối ưu hóa tốt sẽ duy trì hiệu suất ổn định khi tải thay đổi, trong khi một hệ thống vận hành kém sẽ bị suy giảm hiệu suất, dẫn đến tiêu thụ năng lượng quá mức và gây áp lực lên hệ thống.
2.2 Các Chỉ số Hiệu suất Chính (KPI)
Để đánh giá và cải thiện hiệu suất, các kỹ sư phải theo dõi một số thông số cốt lõi:
(a) Hệ số Hiệu suất (COP)
"COP"="Công suất Làm lạnh (kW)" /"Công suất Điện Đầu vào (kW)"
- Giá trị COP cao hơn cho thấy hiệu suất tốt hơn.
- Giá trị COP đầy tải điển hình cho máy làm lạnh giải nhiệt nước: 5,5–7,0; cho máy làm lạnh giải nhiệt bằng không khí: 3,0–4,5.
- Giá trị COP thay đổi thường xuyên trong các điều kiện tải khác nhau giúp xác định sự suy giảm hiệu suất.
(b) Mức Tiêu thụ Điện năng (kW/tấn)
"kW/tấn"="Tổng Công suất điện đầu vào (kW)" / "Công suất Làm lạnh (tấn)"
- Giá trị thấp hơn sẽ tốt hơn (phạm vi điển hình: 0,55–0,75 kW/tấn đối với các nhà máy hiệu suất cao).
- Tổng Công suất điện đầu vào, không chỉ bao gồm điện cho máy làm lạnh mà còn bao gồm cả cho máy bơm, quạt tháp giải nhiệt và các thiết bị phụ trợ - đại diện cho hiệu suất của hệ thống, chứ không chỉ hiệu suất của máy làm lạnh.
(c) Delta T (ΔT)
Chênh lệch nhiệt độ giữa nước lạnh cấp và hồi hoặc nước ngưng tụ cấp và hồi.
- Giá trị ΔT thiết kế điển hình:
Nước lạnh: 5,5 - 7,8°C
Nước ngưng tụ: 4,4 - 6,7°C
- Việc duy trì ΔT của thiết kế là rất quan trọng; ΔT thấp cho thấy sự truyền nhiệt kém (thường được gọi là Hội chứng Delta T thấp), buộc lưu lượng nước cao hơn (bơm làm việc nhiều hơn, tốn điện hơn) và làm giảm hiệu suất tổng thể của Hệ thống Chiller.
(d) Nhiệt độ tiếp cận (Approach Temperature)
Chênh lệch giữa nhiệt độ bốc hơi/ngưng tụ của ga lạnh và nhiệt độ nước ra (của dàn bay hơi /dàn ngưng tụ).
- Giá trị điển hình: 1 - 3°C.
- Nhiệt độ tiếp cận tăng, báo hiệu sự bám bẩn trong ống hoặc trao đổi nhiệt không đầy đủ.
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất Hệ thống Chiller
Một số yếu tố liên quan quyết định hiệu suất hoạt động của Hệ thống Chiller:
1. Biến động tải:
- Máy làm lạnh hiếm khi chạy ở mức tải 100%; Hiệu suất thường giảm ở điều kiện tải một phần nếu bộ điều khiển và giai đoạn không được tối ưu hóa.
2. Nhiệt độ nước ngưng tụ:
Nhiệt độ nước ngưng tụ đầu vào thấp hơn (trong giới hạn) làm giảm lực nâng máy nén và công suất đầu vào.
3. Nhiệt độ cung cấp nước lạnh:
Nhiệt độ cung cấp cao hơn một chút có thể làm giảm đáng kể năng lượng máy nén trong khi vẫn đáp ứng nhu cầu tiện nghi.
4. Lưu lượng:
Lưu lượng quá mức làm giảm ΔT; lưu lượng không đủ gây ra sự truyền nhiệt kém. Cả hai điều kiện này đều làm giảm hiệu suất.
5. Bám bẩn và đóng cặn:
Ngay cả một lớp cặn mỏng (0,5 mm) trên các ống trao đổi nhiệt cũng có thể làm tăng mức tiêu thụ năng lượng từ 4–6%.
6. Kiểm soát và sắp xếp:
Việc sắp xếp chạy nhiều Chiller cùng lúc không đúng cách hoặc điểm cài đặt được điều chỉnh kém thường dẫn đến máy làm lạnh hoạt động ngoài vùng hiệu quả của chúng.
2.4 Hiệu suất toàn tải so với hiệu suất phụ tải
Máy làm lạnh được thiết kế để hoạt động hiệu quả ở phụ tải vì hầu hết các hệ thống đều hoạt động dưới công suất tối đa trong hầu hết thời gian trong năm.
- Giá trị phụ tải tích hợp (IPLV): một số liệu chuẩn hóa biểu thị hiệu suất trung bình trên các tải và điều kiện khác nhau.
- Các Hệ thống Chiller được kiểm soát tốt với lưu lượng biến thiên và trình tự thích ứng có thể duy trì hiệu suất gần như tối ưu trên toàn bộ dải tải.
2.5 Quan điểm về Hiệu suất Hệ thống
Mặc dù COP của máy làm lạnh là rất quan trọng, nhưng việc tối ưu hóa thực sự phải xem xét toàn bộ hệ thống Chiller - bao gồm cả Chiller và:
- Các Bơm
- Tháp giải nhiệt và quạt
- AHU và thiết bị đầu cuối
Tối ưu hóa toàn hệ thống tập trung vào việc giảm thiểu tổng kW/tấn của Hệ thống Chiller, chứ không chỉ riêng kW/tấn của máy Chiller. Trong các tòa nhà hiệu suất cao, việc đạt được 0,55–0,65 kW/tấn cho toàn bộ nhà máy là khả thi.
2.6 Tầm quan trọng của Dữ liệu và Giám sát
Việc giám sát liên tục thông qua Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS) hoặc Hệ thống Quản lý Năng lượng (EMS) là rất quan trọng để theo dõi hiệu suất.
- Các thông số chính được giám sát: công suất đầu vào, lưu lượng nước làm lạnh/ngưng tụ, các nhiệt độ cấp/hồi và ΔT.
- Xu hướng trong quá khứ giúp các kỹ sư xác định sớm các hiện tượng/tín hiệu như ΔT thấp, nhiệt độ tiếp cận cao hoặc hiệu suất phụ tải không hiệu quả - trước khi chúng gây nên tổn thất lớn.
2.7 Tóm tắt
Hiệu suất của hệ thống làm lạnh không được xác định bởi một chỉ số duy nhất mà bởi sự tương tác giữa tải lạnh, nhiệt độ, các thông số vận hành khác và điều khiển.
Bằng cách hiểu rõ các chỉ số COP, kW/tấn, delta T và nhiệt độ tiếp cận - và theo dõi chúng liên tục - các kỹ sư có thể xây dựng nền tảng vững chắc cho các chiến lược tối ưu hóa mục tiêu trong các giai đoạn tiếp theo của bài viết.
Các phần khác của bài viết:
Phần Mở đầu:
Link: https://greenyourbuilding.com.vn/toi-uu-hoa-nang-luong-cua-he-thong-chiller
Phần I:
1. Giới thiệu
2. Tìm hiểu về Hiệu suất của Hệ thống Chiller
Link: https://greenyourbuilding.com.vn/toi-uu-hoa-nang-luong-cua-he-thong-chiller-phan-i
Phần II:
3. Các Nguyên nhân Thường gặp Gây Giảm Hiệu suất Năng lượng
Link: sẽ có sau
Phần III:
4. Các Chiến lược Chính để Tối ưu hóa Năng lượng
Link: sẽ có sau
Phần VI:
5. Điều khiển và Giám sát Nâng cao
6. Đo lường Hiệu suất và Cải tiến Liên tục
Link: sẽ có sau
Phần VI:
7. Trường hợp điển hình
8. Kết luận
Link: sẽ có sau
Th.S KS Trần Quý Năng
Để có thêm thông tin xin liên hệ:
TQN EEConsulting
Tel.: 0913208060
Email: admin@greenyourbuilding.com.vn
Web: https://greenyourbuilding.com.vn/
