Luận văn:Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí - Water Chiller

Chia sẻ: Nguyen Vang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

209
lượt xem 66
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Để đảm bảo bơm làm việc ổn định, tại các vị trí cao nhất của hệ thống ống nước đều phải lắp các van xả khí tự động (Automatic Air Vent), tránh hiện tượng không khí còn lẫn nước. - Để nước vào ra bơm ổn định, ta sử dụng các ống góp nước trước khi phân phối và sau khi hồi về. Hai ống được nối nhau bằng van bypass để điều chỉnh lượng nước phù hợp với tải sử dụng. Hình dưới minh họa việc kết nối 2 ống góp lại với nhau....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí - Water Chiller

B GIÁO D C VÀ ðÀO T O ð I H C ðÀ N NG -------&*&------- VŨ ð C DUY NGHIÊN C U GI I PHÁP TI T KI M NĂNG LƯ NG TRONG H TH NG ðI U HÒA KHÔNG KHÍ - WATER CHILLER Chuyên ngành: T ð ng Hóa Mã s : 60.52.60 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T ðà N ng – Năm 2013
Công trình ñư c hoàn thành t i ð I H C ðÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. ðoàn Quang Vinh Ph n bi n 1: ………………………………………………… Ph n bi n 2: ………………………………………………… Lu n văn s ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p Th c sĩ K thu t h p t i ðà N ng vào ngày….. tháng ….. năm 2012 Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin H c li u – ðH ðà N ng. - Trung tâm H c li u – ðH ðà N ng.
1 M ð U 1. TÍNH C P THI T C A ð TÀI: Trong m t toà nhà, các thành ph n s d ng năng lư ng bao g m: 40-60% năng lư ng tiêu t n cho h th ng ñi u hoà không khí, h th ng chi u sáng chi m kho ng 15-20%, các thi t b văn phòng chi m 10-15%, ph n còn l i dành cho các thi t b ph tr khác. Như v y, h th ng HVAC là h th ng tiêu t n nhi u năng lư ng nh t trong m t tòa nhà. Hi n nay, khi thi t k h th ng HVAC, ngư i ta ch quan tâm làm sao ñ t ñư c nhi t ñ ñi u hòa mong mu n, v n ñ v năng lư ng s d ng c a h th ng, chi phí duy trì trong quá trình v n hành sau này thì v n chưa ñư c th c s quan tâm. Hơn n a, trong quá trình ñi u khi n h th ng, ph n l n các nghiên c u ch t p trung vào ñ i tư ng ñi u khi n là nhi t ñ phòng và s d ng phương pháp ñi u khi n ON, OFF và phương pháp PID thông thư ng ñ ñi u khi n nhi t ñ trong phòng ñ n ñi m cài ñ t mong mu n. V i phương pháp On-Off, ñ chính xác, ch t lư ng ñi u khi n th p. V i phương pháp ñi u khi n PID c ñi n, khi tham s c a quá trình ñi u khi n thay ñ i thì các thông s c a b ñi u khi n PID c n ph i ñư c tính toán cài ñ t l i và ngư i dùng ph i có hi u bi t, kinh nghi m t t m i có th tìm ñư c các giá tr c a các tham s này, ñây là h n ch c a b ñi u khi n PID c ñi n. Thêm vào ñó, vi c s d ng ch s nhi t ñ làm ñ i tư ng ñi u khi n chưa th c s chính xác và ñúng ñ n trong v n ñ xem xét ñ n s ti n nghi c a môi trư ng trong nhà. ( nó còn liên quan ñ n các y u t như v n t c gió, ñ m, nhi t ñ b c x …) HVTH: VŨ ð C DUY
2 Ch s PMV ( Predicted mean vote ) và PPD (Percentage of persons dissatisfied) là ch s ñánh giá s tho i mái, ti n nghi v nhi t ñ . Nó ñư c xây d ng d a trên m i quan h v i các tham s : nhi t ñ không khí, ñ m không khí, nhi t ñ b c x trung bình, v n t c gió tương ñ i. ðây là tham s có mô hình toán h c r t ph c t p và c ng k nh. ði u khi n M ( Fuzzy control ) là phương pháp ñi u khi n hi n ñ i, ñư c xây d ng d a trên nguyên lý tư duy c a con ngư i. Nó không c n ñ n phương trình toán h c mô t ñ i tư ng ñi u khi n và ñư c xây d ng theo kinh nghi m ñi u khi n c a con ngư i ( Kinh nghi m chuyên gia ). Vi c nghiên c u các y u t nh hư ng ñ n năng lư ng s d ng c a h th ng HVAC Water Chiller và nghiên c u ng d ng m t phương pháp ñi u khi n hi n ñ i vào th c ti n, c th là ñi u khi n ch s PMV b ng phương pháp ñi u khi n m là th c s c n thi t nh m ti t ki m năng lư ng s d ng cho h th ng HVAC Water Chiller. ðó là lý do tôi ch n ñ tài : “ NGHIÊN C U GI I PHÁP TI T KI M NĂNG LƯ NG TRONG H TH NG ðI U HÒA KHÔNG KHÍ – WATER CHILLER” 2. M C TIÊU NGHIÊN C U: T p trung nghiên c u v các gi i pháp ti t ki m năng lư ng s d ng trong h th ng HVAC Water Chiller và áp d ng vào h th ng ñi u hòa không khí water chiller trong nhà ga hành khách sân bay Qu c t ðà n ng. HVTH: VŨ ð C DUY
3 ð xu t ñư c phương pháp ñi u khi n nh m gi m thi u năng lư ng s d ng trong h th ng HVAC Water Chiller : s d ng phương pháp ñi u khi n M ñ ñi u khi n h th ng HVAC. 3. ð I TƯ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U: a. ð i tư ng nghiên c u: ð tài t p trung nghiên c u các y u t nh hư ng ñ n năng lư ng s d ng trong h th ng HVAC Water Chiller, ñ t ñó ñưa ra các gi i pháp nh m ti t ki m năng lư ng. ði u khi n ch s PMV c a h th ng HVAC Water Chiller b ng phương pháp ñi u khi n M . b. Ph m vi nghiên c u: H th ng ñi u hòa làm l nh b ng nư c water chiller là công ngh m i ñã ñư c phát tri n r t m nh b i tính hi u qu ng d ng rông rãi trong công nghi p và dân d ng (Chi m kho ng 60% th ph n c a h th ng ñi u hòa không khí trên th gi i – theo kh o sát c a t ch c BRE-UK). ði m m u ch t ñây là h th ng g n b o ñ m ñư c các yêu c u v th m m và ñi u ñ c bi t c a h th ng này là ng d ng r t t t ñ i v i các toà nhà cao t ng. Chính vì v y, ph m vi c a ñ tài này là t p trung nghiên c u các gi i pháp ti t ki m năng lư ng s d ng trong h th ng HVAC Water Chiller. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U: Nghiên c u các tài li u liên quan nh m t ng h p các y u t nh hư ng ñ n năng lư ng s d ng c a h th ng HVAC water chiller t giai ño n thi t k , thi công l p ñ t h th ng, ñ n giai ño n v n hành s d ng, b o trì b o dư ng. HVTH: VŨ ð C DUY
4 Xây d ng mô hình toán h c v năng lư ng s d ng c a h th ng HVAC Water Chiller. Xây d ng phương pháp ñi u khi n m ñ ñi u khi n ch s PMV c a h th ng HVAC Water Chiller. Ki m ch ng k t qu d a vào mô ph ng trên Matlab Simulink. 5. - Ý NGHĨA C A ð TÀI: N u ñ tài th c hi n thành công, nó s góp ph n ñem l i vi c ti t ki m năng lư ng cho h th ng HVAC nói riêng và năng lư ng s d ng qu c gia nói chung. Ch ng l i tình tr ng thi u ñi n, suy gi m ngu n nư c và quá t i cho các nhà máy ñi n. Vi c t ng h p ñư c các phương pháp ti t ki m năng lư ng cho h th ng HVAC góp ph n h tr ñ c l c cho lĩnh v c nghiên c u và phát tri n h th ng HVAC. 6. B C C ð TÀI M ð U Chương 1 – T NG QUAN. Chương 2 – CÁCH TÍNH TOÁN NHI T. Chương 3 – ÁP D NG THI T K , TÍNH TOÁN H TH NG L NH CHO NHÀ GA HÀNH KHÁCH SÂN BAY ðÀ N NG. Chương 4 – S D NG ðI U KHI N M ð ðI U KHI N CH S PMV. Chương 5 – K T QU VÀ BÀN LU N HVTH: VŨ ð C DUY
5 CHƯƠNG 1 - T NG QUAN 1.1. KHÁI NI M H TH NG ðI U HÒA KHÔNG KHÍ 1.2. PHÂN LO I CÁC H TH NG ðI U HÒA KHÔNG KHÍ 1.2.1. Máy ñi u hoà c c b 1.2.2. H th ng ñi u hoà t h p g n 1.3. NĂNG LƯ NG S D NG C A H TH NG ðI U HÒA KHÔNG KHÍ HVTH: VŨ ð C DUY
6 CHƯƠNG 2 - CÁCH TÍNH TOÁN NHI T 2.1. PHƯƠNG TRÌNH CÂN B NG NHI T M 2.1.1. Phương trình cân b ng nhi t 2.1.2. Phương trình cân b ng m 2.2. XÁC ð NH LƯ NG NHI T TH A QT 2.2.1. Nhi t do máy móc thi t b ñi n t a ra Q1 2.2.2. Nhi t t a ra t các ngu n sáng nhân t o Q2 2.2.3. Nhi t do ngư i t a ra Q3 2.2.4. Nhi t do s n ph m mang vào Q4 2.2.5. Nhi t t a ra t b m t thi t b nhi t Q5 2.2.6. Nhi t do b c x m t tr i vào phòng Q6 2.2.7. Nhi t do l t không khí vào phòng Q7 2.2.8. Nhi t truy n qua k t c u bao che Q8 2.2.9. T ng lư ng nhi t th a QT 2.3. XÁC ð NH M TH A WT 2.3.1. Lư ng m do ngư i t a ra W1 2.3.2. Lư ng m bay hơi t các s n ph m W2 2.3.3. Lư ng m do bay hơi ño n nhi t t sàn m W3 2.3.4. Lư ng m do hơi nư c nóng mang vào W4 2.3.5. Lư ng m th a WT HVTH: VŨ ð C DUY
7 CHƯƠNG 3 - ÁP D NG THI T K , TÍNH TOÁN H TH NG L NH CHO NHÀ GA HÀNH KHÁCH SÂN BAY ðÀ N NG 3.1. TÍNH TOÁN H TH NG L NH: H th ng ñi u hoà không khí trung tâm nư c: (hydraulic central air conditioning system) Water Chiller (WC) : lo i làm mát bình ngưng b ng nư c có tháp làm mát nư c bình ngưng kèm theo (Cooling Tower), Chiller máy nén là lo i ly tâm (Centrifugal compressor), s d ng môi ch t l nh R134a (không phá hu t ng O3). Nhi t ñ nư c l nh vào FCU là 70C (entering water temperature) . Hi u nhi t ñ nư c ra vào 50C. Tính toán năng su t l nh ñây dung theo phương pháp CARRIER Q0=Q=Qh+Qa (3-1) 3.2. TÍNH NHI T HI N: Qh = Qhf + QhN (3-2) 3.2.1. Tính Qhf (nhi t hi n c a phòng) Qhf = Q1 + Q2 + Q3+ Q4+ Q5+ Q6 +Qbs (3-3) 3.2.2. Tính QhN(nhi t hi n do không khí t ngoài ñưa vào) QhN = QhN1 + QhN2 (3-4) 3.2.3. B ng t ng k t nhi t hi n Qh = Qhf+QhN = 2992,14988 (kW) HVTH: VŨ ð C DUY
8 3.3. TÍNH NHI T N: Qa = Qaf + QaN (3-5) 3.3.1. Tính nhi t n t phòng t a ra: Qaf = nñ.n.qa (3-6) 3.3.2. Nhi t n c a không khí: QaN = QaN1 + QaN2 (3-7) 3.3.3. B ng t ng k t nhi t n: Qa =Qaf + QaN= 1395,8808 (kW) 3.4. NĂNG SU T L NH C A TOÀN B NHÀ GA: Q0 = Qh + Qa = 2992,14988 + 1395,8808 = 4388,030676 (kW) = 1247.308322 (Ton) 3.5. TÍNH TOÁN CH N MÁY: 3.5.1. Tính ch n máy water chiller cho h th ng: Căn c vào b ng năng su t l nh trên Qo=4388,030676 (kW) = 1247.308322 (Ton) Ch n 2 máy v i năng su t làm l nh c a m i máy là 750Ton 3.5.2. Tính ch n tháp làm mát nư c (cooling tower)(theo catalog tháp gi i nhi t c a ðài Loan ñư c s d ng nư c ta kí hi u tháp LBCS và LBC HVTH: VŨ ð C DUY
9 3.6. NĂNG LƯ NG TIÊU TH : 3.6.1. Phương án 1 : thi t k v i Delta t = 50C B ng 3-1. Năng lư ng c a h th ng HVAC v i Delta t = 50C Elect Cons Water Cons Percent of Total Total Building (kWh/yr) (1000 gals) Energy Energy (kBtu/yr) Cooling 2,019,757 37.7% 6,893,431 Compressor Tower/Cond 158,427 6,528 3.0% 540,710 Fans Condenser 1,881,230 35.1% 6,420,638 Pump Pumps 1,303,887 24.3% 4,450,166 Totals 5,363,301 6,528 100.0% 18,304,946 3.6.2. Phương án 2 : thi t k v i Delta t = 70C Tương t , v i thi t k Delta t = 70C, Ta cũng tính toán ñư c năng lư ng c a h th ng HVAC như k t qu dư i ñây: B ng 3-2. Năng lư ng c a h th ng HVAC v i Delta t = 70C Elect Cons Water Cons Percent of Total Building (1000 gals) Total Energy (kWh/yr) Energy (kBtu/yr) HVTH: VŨ ð C DUY
10 Cooling 2,085,124 60.4% 7,116,527 Compressor Tower/Cond 156,206 4,770 4.5% 533,131 Fans Condenser 733,031 21.2% 2,501,835 Pump Pumps 476,795 13.8% 1,627,300 Totals 3,451,155 4,770 100.0% 11,778,792 3.7. K T LU N CHƯƠNG 3: 3.7.1. Gi i pháp ti t ki m năng lư ng trong giai ño n thi t k ki n trúc: Ph t i nhi t c a h th ng ðHKK ph thu c vào các y u t khí h u bên ngoài nhà, th i ñi m trong ngày, mùa trong năm. Trong ñi u ki n khí h u nhi t ñ i nóng m c a Vi t Nam n u k t c u bao che không h p lý thì lư ng nhi t truy n t ngoài vào trong nhà làm tăng ñáng k t ng lư ng nhi t dư trong công trình. Như v y, ñ gi m ph t i l nh thì v n ñ cơ b n là ph i h n ch ñư c lư ng nhi t này khi có b c x m t tr i. Gi i pháp th nh t là c u t o các l p v t li u thích h p có h s truy n nhi t th p ho c có thêm m t l p v t li u cách nhi t trong c u t o các l p c a k t c u bao che và gi i pháp th 2 là h n ch nh hư ng c a b c x m t tr i b ng cách l a ch n l p v t li u ph m t ngoài k t c u bao che có h s h p th b c x th p, các lo i kính có tính ph n x cao,.. HVTH: VŨ ð C DUY
11 3.7.2. Gi i pháp ti t ki m năng lư ng trong vi c l a ch n gi i pháp thi t k : S d ng ph n m m Trace 700 c a hãng Train, ta tính ñư c năng lư ng s d ng c a hai phương án v i delta t = 50C và 70C như b ng 3-14 và 3-15. Hình sau th hi n so sánh : Hình 3-1. So sánh năng lư ng hai phương án thi t k . Rõ ràng, t công th c: Q = G.Cp.Delta(t) Ta th y, v i Q và Cp không ñ i, khi ch n Delta t = 70C ( phương án 2) cao hơn Delta t = 50C ( Phương án 1) thì lưu lư ng nư c ra vào Chiller phương án 2 G2 s nh hơn lưu lư ng nư c phương án 1 G1. Khi lưu lư ng nư c nh hơn, thì công su t c a Bơm nư c dàn ngưng và Bơm nư c l nh Chiller s nh hơn, ñi u này ñem l i vi c ti t ki m năng lư ng s d ng cho h th ng r t l n. HVTH: VŨ ð C DUY
12 CHƯƠNG 4 - S D NG ðI U KHI N M ð ðI U KHI N CH S PMV 4.1. TÌM HI U CH S PMV: 4.1.1. Vai trò ti n nghi nhi t và l ch s nghiên c u: C m nh n c a con ngư i ñ i v i môi trư ng nhi t không ch ph thu c vào nhi t ñ không khí (air temperature) mà còn ph thu c vào nhi t ñ b c x (radiant temperature), áp su t hơi nư c trong không khí và t c ñ gió. Ngoài ra còn có các y u t ch quan là nhi t tr qu n áo (clothing insulation) và m c nhi t sinh lý (metabolic rate). 4.1.2. Các ch s môi trư ng: 4.1.3. Cách ñánh giá d a theo PMV: Mô hình PMV (Predicted Mean Vote- Bi u quy t trung bình d ñoán ) c a P.O. Fanger t h p 4 bi n s v t lý (nhi t ñ không khí, v n t c gió, nhi t ñ b c x trung bình và ñ m tương ñ i), v i 2 bi n s liên quan t i b n thân con ngư i (nhi t tr qu n áo và m c ñ ho t ñ ng c a cơ th ) thành 1 ch s ñ có th dùng ñ d ñoán c m giác nhi t trung bình c a s ñông ngư i. Mô hình này ñã ñư c ñưa vào áp d ng trong tiêu chu n ISO 7730 và tương ñương v i 7 m c c m giác nhi t c a ASHRAE như sau: B ng 4-1. C m giác nhi t d a theo PMV Ch s PMV Thermal conform C m giác nhi t (Predicted Mean C m giác nhi t (ti ng Anh) (d ch ra ti ng Vi t) < -3.5 very cold Quá l nh HVTH: VŨ ð C DUY
13 -3.5 ÷ -2.6 cold R t l nh -2.5÷-1.6 cool L nh -1.5 ÷ -0.6 slightly cool Hơi l nh -0.5 ÷ 0.5 neutral (comfortable) D ch u 0.6 ÷ 1.5 slightly warm Hơi nóng 1.6 ÷ 2.5 warm Nóng 2.6 ÷ 3.5 hot R t nóng > 3.6 very hot Quá nóng 4.1.4. Mô hình toán h c: PMV = [0.35exp(-0.042HM/AN) + 0.032]. [ HM/AN(1-η) – 0.35{43 - 0.061HM/AN(1- η) – PW} –0.42{HM/AN(1-η) – 58} – 1.4x10-3HM/AN(34-Ta) – 0.0017HM/AN(44-PW) –0.71σFcl{T4cl - T4mrt} – Fclhc(Tcl-Ta)] Tcl = 35.7−0.032.HM/AN (1-η) – 0.181xIcl[3.4x10-8xFcl {(tcl+273)4 - (tmrt+273)4 }+Fclhc(Tcl-Ta)] (4-1) 0.25 hc = 2.38(Tcl – Ta) khi V< 0.1 m/s hc = 12.1 V khi V> 0.1 m/s 4.2. XÂY D NG MÔ HÌNH TOÁN H C: 4.2.1. Mô hình toán h c nhi t ñ trong phòng: a . Phương trình: Nhi t ñ bên trong phòng ñư c ñi u khi n b i m t s các thông s : Lu ng nhi t vào phòng thông qua tư ng (Qcon), c a s và HVTH: VŨ ð C DUY
14 mái (Qw), thông qua rò không khí (Qinf), thông gió (Qvent), gia nhi t bên trong (Qint), nhi t b sung (Qaux), macad(Ta - 273)/dt = Qcon + Qw + Qinf + Qvent + Qint ± Qaux (4-2) 10.dTa/dt = - 110.Ta + (72 + 405sinAW)(Tamb-Ta) – 100 – 100AC + 15(Ti +273) Hình 4-1. Mô hình nhi t ñ Ta 4.2.2. Nhi t ñ môi trư ng: 0 Tamb = 30 – 10sin(0.261t + 1.11) C 4.2.3. ð m tương ñ i: P: áp su t khí quy n = 101325 Pa Pws = exp( -5800/Ta + 1.3914 – 4.8610-6.Ta + 4.176410-5.T2a – 1.410-8.T3a + 6.5459log(Ta)) 4.2.4. PMV: Công th c toán h c: a . Tính toán áp su t hơi Pw: Log10Pw = 8.14 – 1730.63/(233.426+Ta) HVTH: VŨ ð C DUY
15 b . Tính Tcl: Tcl = 35.85 – 0.05x10-8[(tcl+273)4 - (tmrt+273)4 ] – 0.06Ta Hình 4-2. Mô hình Tcl c . PMV: PMV = = 0.05x[ 33.4 + 0.51Pw + 4.2ta – 3.74x10-8(tcl+273)4 + 3.74x10-8(tmrt+273)4 – 4.17tcl] Hình 4-3. Mô hình PMV HVTH: VŨ ð C DUY
16 4.3. XÂY D NG MÔ HÌNH ðI U KHI N: Hình 4-4. Sơ ñ nguyên lý ñi u khi n M B ñi u khi n m có 2 ñ u vào là Nhi t ñ môi trư ng Tamb và PMV, 2 ñ u ra: góc m c a s AW và lư ng nhi t c n b sung AC. 4.3.1. Thi t k giao di n m hóa: a . PMV, Tamb: B ng 4-2. M hóa các tham s ñ u vào PMV: R t L nh L nh nh Satisfactory Nóng Nóng R t L nh nh nóng Cold Cool Slightly OK Warm Slightly Hot cool Warm HVTH: VŨ ð C DUY
17 Tamb: R t R t Th p Th p Trung Tho i Cao Hơi Cao R t R t R t Th p v a bình mái v a Cao Cao R t Th p ph i ph i Cao S M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 VB b . AC, AW: B ng 4-3. M hóa các tham s ñ u ra AW AC OFF ðóng OFF ðóng S M nh ( Small) BOFF ðóng ít ( before off) M M v a ( VVS R t r t nh (Very very Medium) small) ON M VS R t nh (very small) S Nh (Small) PS Nh v a (positive small) PM V a (positive medium) PB L n (positive big) VB R t l n (very big) ON M l n HVTH: VŨ ð C DUY
18 4.3.2. ð ng cơ suy di n: ð ng cơ suy di n max-min s d ng phép h i m (AND) theo lu t min, suy di n (implication) m theo lu t min, và tuy n m ( OR ) theo lu t max. M nh ñ h p thành: 1. N u PMV : COLD và Tamb : S thì AC : OFF và AW : OFF 2. N u PMV : COOL và Tamb : S thì AC : OFF và AW : OFF HVTH: VŨ ð C DUY