HỆ THỐNG THÔNG GIÓ VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
1. Tổng quan hệ thống thông gió và điều hòa không khí
Quá trình thông gió là quá trình thay đổi không khí trong phòng đã ô nhiễm bằng không khí mới bên ngoài trời đã qua xử lý.
Điều hòa không khí là quá trình tạo ra và giữ ổn định các thông số vi khí hậu của không khí trong phòng, không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài.
Tỉ lệ điện năng tiêu thụ của hệ thống điều hòa không khí – thông gió trong nhà máy may:
- 10 – 15% tổng điện năng tiêu thụ
- 25 – 30% tổng lượng nước tiêu thụ
Các thông số cần quan tâm
- Nhiệt độ: là đại lượng biểu thị mức độ nóng lạnh. Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến cảm giác của con người. Trong kỹ thuật điều hòa không khí người ta thường sử dụng 2 thang nhiệt độ là độ C và độ F
Nhiệt độ điểm sương: khi làm lạnh không khí nhưng giữ nguyên dung ẩm d tới nhiệt độ ts nào đó hơi nước trong không khí bắt đầu ngưng tụ thành nước bão hòa. Nhiệt độ ts đó gọi là nhiệt độ điểm sương.
Nhiệt độ nhiệt kế ướt: được xác định bằng nhiệt kế có bầu thấm ướt nước.
- Độ ẩm:
Độ ẩm tuyệt đối: là khối lượng hơi ẩm trong 1m3 không khí ẩm. Giả sử V (m3) không khí ẩm có chứa Gh (kg) hơi nước thì độ ẩm tuyệt đối ký hiệu là ρh.
Độ ẩm tương đối φ(%) là tỉ số giữa độ ẩm tuyệt đối ρh của không khí với độ ẩm bão hòa ρmax ở cùng nhiệt độ với trạng thái đã cho
2. Ảnh hưởng của môi trường không khí đến con người
Các thông số khí hậu có ảnh hưởng nhiều tới con người tức cũng có ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng sản phẩm một cách gián tiếp
2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
- Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh đối với con người. Cơ thể con người có nhiệt độ xấp xỉ 370C.
- Trong quá trình vận động cơ thể con người luôn luôn thải ra môi trường nhiệt lượng. Lượng nhiệt do cơ thể tỏa ra phụ thuộc vào cường độ vận động (vận động càng nhiều thì lượng nhiệt tỏa ra càng lớn).
2.2. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối
- Độ ẩm tương đối có ảnh hưởng lớn đến khả năng thoát mồ hôi vào trong môi trường không khí xung quanh
- Quá trình này chỉ có thể xảy ra khi độ ẩm tương đối < 100%. Độ ẩm càng thấp thì khả năng thoát mồ hôi càng lớn, cơ thể sẽ cảm thấy dễ chịu.
- Độ ẩm quá cao, hay quá thấp đều không tốt với con người.
2.3. Ảnh hưởng của không khí
- Tốc độ không khí xung quanh có ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt và trao đổi chất (thoát mồ hôi) giữa cơ thể con người với môi trường xung quanh
- Ảnh hưởng của khí CO2
Khí CO2 không phải là một khí độc, nhưng khi nồng độ của chúng lớn thì sẽ làm giảm nồng độ O¬2 trong không khí, gây nên cảm giác mệt mỏi
Khi nồng độ quá lớn có thể dẫn đến ngạt thở, kích thích thần kinh, tăng nhịp tim và các rối loạn khác.
2.4. Tham khảo TCVN 5687 – 2010: Thông gió, điều hòa không khí
3. Các hệ thống thông gió và điều hòa không khí
3.1. Thông gió và điều hòa nhà xưởng sử dụng tấm cooling pad
Ưu điểm
- Làm mát nhà xưởng bằng cooling pad rất phù hợp với môi trường cho phép độ ẩm cao: chăn nuôi, trồng trọt, ngành dệt nhuộm – may mặc.
- Chi phí đầu tư rất thấp. Là phương án tiết kiệm nhất trong các giải pháp làm mát nhà xưởng.
- Lắp đặt, vận hành đơn giản
- Tiêu thụ năng lượng ít
Nhược điểm
- Độ ẩm cao (75 – 80%) không phù hợp với môi trường máy móc, điện tử. Dễ gây ẩm mốc, mùi sau 1 thời gian sử dụng.
- Chỉ thực sự hiệu quả nếu nhiệt độ ngoài nhà xưởng >350C. Hiệu quả giải nhiệt từ 3 – 70C.
- Yêu cầu nhà xưởng kín hoặc ít mở cửa để tăng lượng gió qua cooling pad.
3.2. Thông gió – điều hòa nhà xưởng bằng máy làm mát sử dụng bay hơi nước
Ưu điểm:
- Phương pháp làm mát nhà xưởng hiện đại
- Chi phí đầu tư thấp
- Kiểm soát được độ ẩm
- Nhiệt độ giảm từ 5 – 90C so với môi trường bên ngoài
- Phù hợp với nhà xưởng kín hoặc hở
- Chi phí vận hành thấp (chỉ bằng 10% so với hệ thống máy lạnh, điều hòa)
- Dễ bảo trì, lắp đặt
- Không khí giàu oxi được lọc bụi, tách ẩm
- Phù hợp với nhà xưởng diện tích mặt bằng lớn
Nhược điểm:
- Thực sự hiệu quả khi nhiệt độ môi trường càng cao (>350C)
- Gió mát thường từ 29 – 310C (do hơi nước bay hơi + gió)
- Không thể giảm sâu nhiệt độ gió mát do hệ thống làm mát nhà xưởng sử dụng máy làm mát hơi nước, nước mát cấp vào hệ thống có nhiệt độ thấp hơn môi trường 3 – 50C.
- Không điều khiển được nhiệt độ gió mát, hơi ẩm như hệ thống điều hòa
3.3. Thông gió – điều hòa nhà xưởng bằng hệ thống điều hòa không khí sử dụng AHU kết hợp chiller
Ưu điểm:
- Giải pháp làm mát – điều hòa nhà xưởng bởi hệ thống điều hòa AHU kết hợp chiller là hệ thống công nghệ tiên tiến, hiện đại.
- Có thể điều khiển được nhiệt độ, độ ẩm, có chế độ hoạt động sưởi ấm mùa đông
- Dãy nhiệt độ làm mát từ 16 – 300C
Nhược điểm:
- Chỉ phù hợp với hệ thống nhà xưởng kín
- Chi phí đầu tư ban đầu rất lớn
- Chi phí bảo trì hàng năm lớn (chiller, tháp giải nhiệt, AHU, hệ thống bơm,…)
- Tiêu thụ điện năng rất lớn
- Mặt bằng lắp đặt thiết bị rất lớn, có thể tới hàng trăm m2
- Chỉ phù hợp với những nhà máy có vốn đầu tư lớn, sản xuất lớn
3.4. Thông gió – điều hòa nhà xưởng bằng máy làm mát sử dụng bay hơi nước kết hợp với sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm và chiller công suất nhỏ
Ưu điểm
- Kết hợp được ưu điểm của hệ thống AHU, chiller với máy làm mát nhà xưởng sử dụng hơi nước
- Kiểm soát được độ ẩm
- Nhiệt độ giảm từ 8 – 150C so với môi trường bên ngoài
- Phù hợp với nhà xưởng kín hoặc hở
- Dễ bảo trì, lắp đặt
- Phù hợp với nhà xưởng có diện tích mặt bằng lớn
- Hiệu quả ngay cả khi nhiệt độ môi trường 32 – 330C
Nhược điểm:
- Chi phí đầu tư tăng thêm so với hệ thống làm mát nhà xưởng bằng máy làm mát sử dụng hơi nước do đầu tư thêm water chiller công suất nhỏ (khoảng 100,000 tới 200,000 BTU) và thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm
- Muốn kiểm soát chính xác nhiệt độ gió ra như AHU cần lắp thêm hệ thống biến tần và tủ điều khiển bơm cấp nước lạnh
3.5. Gia nhiệt không khí
Ở các nước về mùa đông nhiệt độ không quá lạnh, chẳng hạn như nước ta thì việc sưởi ấm chỉ thực hiện ở các công trình đặc biệt, mà không phải bắt buộc. Việc sưởi ấm thực hiện từ các nguồn cấp nhiệt cục bộ
- Gia nhiệt bằng dàn ống có cánh sử dụng nước nóng: thiết bị gia nhiệt sử dụng nước nóng hoặc hơi từ nguồn cấp cục bộ. Bộ xử lý không khí của hệ thống thường có 2 dàn trao đổi nhiệt: một dàn sử dụng nước nóng, dàn kia nước lạnh và chúng làm việc đồng thời.
- Gia nhiệt bằng giàn ống có cánh sử dụng gas nóng: dùng các máy lạnh 2 chiều
- Gia nhiệt bằng thanh điện trở: người ta thực hiện việc sấy không khí bằng các điện trở thay cho các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt. Thường các dây điện trở được bố trí trên các dàn lạnh của máy điều hòa. Về mùa đông máy dừng chạy lạnh, chỉ có quạt và thanh điện trở làm việc
4. Đánh giá hệ thống làm lạnh/sưởi
Chu trình làm lạnh
Thông số cần xác định cho quá trình đánh giá
- Môi chất sử dụng: R22, R134a, NH3, …
- Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh
- Nhiệt độ/áp suất của đầu vào máy nén (áp hút)
- Nhiệt độ/áp suất của đầu ra máy (áp nén)
- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất (sau giải nhiệt)
- Công suất tiêu thụ điện của máy nén
Công suất lạnh hoặc sưởi: hiệu quả làm lạnh/gia nhiệt tạo ra, được đo theo kWt hoặc tấn lạnh
Q = mCp(Ti – T0)
Trong đó:
m: lưu lượng môi chất lạnh (kg/h)
Cp: nhiệt dung riêng của chất tải lạnh (kCal/kg0C)
Ti: nhiệt độ vào của chất tải lạnh đi vào thiết bị bay hơi (0C)
T0: nhiệt độ ra của chất tải lạnh đi ra từ thiết bị bay hơi (0C)
5. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng
5.1. Các giải pháp đơn giản không cần đầu tư hoặc đầu tư thấp
5.1.1. Hạn chế nhiệt xâm nhập từ bên ngoài
- Hạn chế nhiệt hấp thụ qua cửa sổ, cửa kính bằng cách sử dụng kính hai lớp, kính dán màng phản quang
- Các cửa ra vào hoặc của sổ luôn đóng kín
5.1.2. Giới hạn nguồn nhiệt phát sinh bên trong không gian điều hòa
- Nguồn nhiệt đó xuất phát từ các thiết bị tiêu thụ điện: đèn, động cơ, bàn ủi hơi nước
- Việc xác định nguồn nhiệt có thể thực hiện nhờ thiết bị đo hồng ngoại
- Đối với loại đèn dây tóc: các loại đèn này có khả năng biến đổi chỉ 10% năng lượng đầu vào thành quang năng, 80% được phát ra bằng bức xạ nhiệt, 10% trao đổi với môi trường bên ngoài qua đối lưu và dẫn nhiệt.
Đèn huỳnh quang: khoảng 25% năng lượng đầu vào biến thành quang năng, 25% được phát ra dưới dạng bức xạ nhiệt.
Tuy nhiên đối với đèn huỳnh quang phải trang bị thêm bộ chỉnh lưu, công suất bộ chấn lưu cỡ 25% công suất đèn => chuyển đổi sang sử dụng đèn LED để giảm lượng điện năng tiêu thụ và phát nhiệt ra môi trường.
5.1.3. Giảm diện tích điều hòa của xưởng
- Lắp trần giả hay các màng nhựa để giảm chiều cao của xưởng
Ví dụ:
- Một nhà xưởng có kích thước 40x100x6 (m) sử dụng 32 quạt thông gió 1.5HP.
- Nhà máy lắp các màng nhựa để giảm chiều cao xưởng còn 3m
- Tiết kiệm được 15% lượng nước sử dụng cho màng nước
5.1.4. Điều khiển lưu lượng nước cấp cho các Cooling pad
- Giảm lượng nước cấp cho các cooling pad, tiết kiệm nước
Ví dụ:
- Một nhà xưởng 40x100x6 (m) sử dụng 1 ngày khoảng 25 – 30m3 nước (chiếm khoảng 30% tổng lượng nước sử dụng toàn nhà máy)
- Sau khi khảo sát, đo đạc, nhà máy quyết định điều chỉnh độ mở van còn khoảng 75%
- Kết quả lượng nước tiết kiệm được là 5m3/ngày
5.1.5. Điều khiển ON – OFF hay lắp biến tần cho quạt thông gió
- Lắp thiết bị điều khiển quạt thông gió dựa trên thông số nhiệt độ và độ ẩm của xưởng
- Lắp các cảm biến nhiệt độ để điều chỉnh ON – OFF quạt có thể giúp tiết kiệm 20% điện năng tiêu thụ (số giờ hoạt động) của các quạt thông gió
- Thời gian hoàn vốn là từ 1 – 1.5 năm
5.1.6. Cải thiện hiệu quả năng lượng của hệ thống chiller
- Đường ống nước lạnh: các đường ống nước lạnh được bảo ôn tốt (nhiệt độ bề mặt bằng nhiệt độ môi trường) có thể giúp tiết kiệm 3 – 5% điện năng của hệ thống chiller
- Tăng nhiệt độ cài đặt của hệ thống chiller: hiệu quả hoạt động của chiller sẽ tỉ lệ thuận với nhiệt độ nước lạnh. Khi nhiệt độ nước lạnh tăng 10C thì điện năng tiêu thụ của chiller giảm 3%.
5.2. Các giải pháp đầu tư cao, cần đánh giá chi tiết
Sử dụng máy nén có hiệu quả năng lượng cao
Hiệu suất của một số loại máy nén trong hệ thống chiller (QCVN 09-2017/BXD)
Ưu tiên vận hành các máy nén có COP cao trong hệ thống tổ hợp nhiều máy nén lạnh
Thay thế các loại máy nén cũ có hiệu suất thấp bằng các máy nén có hiệu suất cao hơn để giảm điện năng tiêu thụ (COP ≥2)