Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu hiệu quả giảm nhẹ biến đổi khí hậu khi sử dụng nguồn nhiệt nước ngầm trong trường hợp lắp đặt hệ thống điều hòa không khí tại Viện Địa chất, phố Chùa Láng - Đống Đa - Hà Nội

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là tiến hành thí nghiệm công nghệ điều hòa không khí giải nhiệt bằng nước ngầm để đánh giá hiệu quả tiết kiệm điện năng của công nghệ ĐHKK bơm nhiệt lòng đất (GSHP hay còn gọi là ĐHKK địa nhiệt) giải nhiệt bằng nước ngầm; phân tích được các hiệu quả giảm nhẹ biến đổi khí hậu của công nghệ đã đề xuất, làm tiền đề cho giải pháp tiết kiệm điện nhân rộng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu hiệu quả giảm nhẹ biến đổi khí hậu khi sử dụng nguồn nhiệt nước ngầm trong trường hợp lắp đặt hệ thống điều hòa không khí tại Viện Địa chất, phố Chùa Láng - Đống Đa - Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC PHAN VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHI SỬ DỤNG NGUỒN NHIỆT NƢỚC NGẦM TRONG TRƢỜNG HỢP LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TẠI VIỆN ĐỊA CHẤT, PHỐ CHÙA LÁNG - ĐỐNG ĐA - HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: chƣơng trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lưu Đức Hải Hà Nội - 2015 1
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS. Lƣu Đức Hải. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này trung thực và chƣa từng đƣợc công bố dƣới bất kỳ hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Học viên Phan Văn Hùng 2
LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy hướng dẫn luận văn của tôi, PGS.TS. Lưu Đức Hải - Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN, đã tạo mọi điều kiện, động viên, hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Trong suốt quá trình nghiên cứu, thầy đã kiên nhẫn hướng dẫn, trợ giúp và động viên tôi rất nhiều. Kiến thức khoa học sâu sắc cũng như kinh nghiệm của thầy chính là tiền đề giúp tôi đạt được những kết quả tốt trong bản luận văn. Tôi cũng xin chân thành cám ơn tới TS. Đoàn Văn Tuyến - Viện Địa chất - Viện HLKHCN Việt Nam, chủ nhiệm đề tài trọng điểm cấp nhà nước KC.08.16/11-15 : "Nghiên cứu đánh giá một số nguồn địa nhiệt triển vọng và có điều kiện khai thác cho phát triển năng lượng ở Việt Nam" đã quan tâm, giúp đỡ, cung cấp số liệu và đưa ra những chỉ dẫn, góp ý cho luận văn của tôi. Xin cám ơn Khoa sau đại học - ĐHQGHN; Viện Địa chất - Viện HLKHCN Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi cũng xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã luôn bên tôi, cổ vũ và động viên tôi những lúc khó khăn để có thể vượt qua và hoàn thành tốt luận văn này. Tôi xin chân thành cám ơn! Học viên Phan Văn Hùng 3
MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................................. 5 DANH MỤC BẢNG .................................................................................................................. 6 DANH MỤC HÌNH ................................................................................................................... 7 MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 9 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................................. 13 1.1. Giới thiệu tiềm năng địa nhiệt ....................................................................................... 13 1.1.1. Đặc tính nhiệt của lòng đất ................................................................................... 13 1.1.2. Tiềm năng khai thác năng lượng địa nhiệt ............................................................. 15 1.1.3. Ứng dụng địa nhiệt trong điều hòa không khí ........................................................ 17 1.2. Công nghệ điều hòa không khí bơm nhiệt lòng đất (GSHP) ......................................... 18 1.2.1. Lịch sử phát triển và thành tựu nghiên cứu ............................................................ 18 1.2.2. Công nghệ điều hòa không khí bơm nhiệt lòng đất (GSHP) .................................. 20 1.3. Ƣu nhƣợc điểm của công nghệ GSHP ........................................................................... 26 1.3.1. Ưu điểm .................................................................................................................. 26 1.3.2. Nhược điểm ............................................................................................................. 28 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP, ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN, SO SÁNH HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG LÝ THUYẾT ....................................................... 29 2.1. Đối tƣợng và địa điểm nghiên cứu ................................................................................ 29 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................... 29 2.2.1. Phương pháp tính toán hiệu suất năng lượng của hệ thống ĐHKK ..................... 30 2.2.2. Phương pháp tính toán hiệu quả giảm nhẹ BĐKH................................................. 49 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC TẾ KHI ỨNG DỤNG LẮP ĐẶT CÔNG NGHỆ ĐIỀU HÒA ĐỊA NHIỆT TẠI VIỆN ĐỊA CHẤT, PHỐ CHÙA LÁNG - ĐỐNG ĐA - HÀ NỘI............... 51 3.1. Đặc điểm khí hậu Hà Nội và nhu cầu điện cho ĐHKK nhà cao tầng ........................... 51 3.1.1. Đặc điểm biến động nhiệt độ không khí ................................................................. 51 3.1.2. Đặc điểm nước ngầm khu vực ................................................................................ 53 3.1.3. Nhu cầu cấp điện cho điều hòa không khí tại Hà Nội ............................................ 57 3.2. Sơ đồ công nghệ và cấu tạo thiết bị ĐHKK địa nhiệt tại Viện Địa chất ....................... 58 3.3. Kết quả thí nghiệm công nghệ ĐHKK địa nhiệt tại Viện Địa chất,Viện HLKHCNVN62 3.4. Phân tích hiệu quả giảm nhẹ BĐKH của công nghệ và thiết bị ĐHKK địa nhiệt ......... 66 3.4.1. Tính toán giảm phát thải KNK trong triển khai thí nghiệm thực tế ....................... 66 3.4.2. Tính toán giảm nhẹ phát thải KNK cho tòa nhà văn phòng của Viện Địa chất ..... 67 3.5. Đề xuất cơ chế chính sách. ............................................................................................ 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 69 I. KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 69 II. KIẾN NGHỊ ......................................................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 71 PHỤ LỤC ................................................................................. Error! Bookmark not defined. 4
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG ANH NGHĨA TIẾNG VIỆT HOẶC KÝ HIỆU Air Handling Unit (AHU): Phòng điều khiển không khí BĐKH: Biến đổi khí hậu Coefficient Of Performance (COP): Hệ số hiệu suất ĐHKK: Điều hòa không khí Fan Coil Unit (FCU): Dàn quạt GSHP (Ground Source Heat Pump) : Bơm nhiệt lòng đất KNK: Khí nhà kính LK: Lỗ khoan NLTT: Năng lƣợng tiêu thụ Power Input Capacity (PIC) = 1/COP: Công suất năng lƣợng đầu vào TKNL: Tiết kiệm năng lƣợng TTNL: Tiêu thụ năng lƣợng Variable Refrigerant Volume (VRV): Cột điều hòa biến thiên Viện HLKHCNVN Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Water to air (WTA): Bơm nhiệt gió Water to water (WTW): Bơm nhiệt nƣớc  p.k : Hệ số sử dụng năng lƣợng sơ cấp chung T0 : Nhiệt độ bay hơi Tk: Nhiệt độ ngƣng tụ q0: Năng suất lạnh riêng ε: Hệ số lạnh φ: Hệ số nhiệt 5
DANH MỤC BẢNG Bảng Tên Trang Bảng 1.1 Nhiệt độ (0C) lòng đất vào tháng 1 và tháng 7 tại Thượng Hải - TQ 21 Bảng 1.2 Tải nhiệt, tải lạnh, lượng nhiệt nhận và mất của lòng đất của toà nhà Civil ở 22 Hồ Nam Trung Quốc, kWh Bảng 1.3 Số liệu về hiệu suất vận hành của hệ thống GSHP tại tỉnh Sơn Đông Trung 23 Quốc tháng 6 năm 2000 Bảng 1.4 Đầu tư ban đầu và chi phí vận hành trong một năm của hệ thống GSHP so với 23 một hệ thống ĐHKK sử dụng khí thiên nhiên Bảng 2.1 Danh mục các thiết bị đo đạc 26 Bảng 2.2 Đặc tính của các hệ thống ĐHKK thông dụng 28 Bảng 2.3 Thông số ĐHKK ngoài nhà cấp 3 tại Hà Nội theo tiêu chuẩn mới 35 Bảng 2.4 Thông số vi khí hậu trong nhà tại Hà Nội theo tiêu chuẩn mới 35 Bảng 2.5 Bảng tổng kết giá trị COPC của hệ thống và so sánh cho mùa hè 40 Bảng 2.6 Kết quả tính toán COPC của bơm nhiệt gió/gió (t0 = -40 C, tk = 400C  450C) 41 Bảng 2.7 Bảng tổng kết hệ số sử dụng năng lượng sơ cấp trường hợp hệ VRV gió 41 Bảng 2.8 Kết quả tính toán COPC của bơm nhiệt gió/gió (t0 = - 40C, tk = 500C  550C) 41 Bảng 2.9 Bảng tổng kết hệ số sử dụng năng lượng sơ cấp trường hợp bơm nhiệt 42 gió/nước Bảng 2.10 Bảng tập hợp kết quả COPC bơm nhiệt gió/gió 43 Bảng 2.11 Bảng tổng kết quả hệ số sử dụng năng lượng sơ cấp bơm nhiệt gió/gió 43 Bảng 2.12 Hệ số sử dụng năng lượng sơ cấp của các phương án khác nhau mùa đông 44 Bảng 3.1 Kết quả tính toán theo lí thuyết COP, tiêu thụ năng lượng (TTNL) và tiết kiệm 59 năng lượng(TKNL) cho hệ thống ĐHKK địa nhiệt và ĐHKK truyền thống Kết quả điện năng tiêu thụ, hiệu quả kinh tế và giảm phát thải khí CO2 khi sử Bảng 3.2 60 dụng hệ thống ĐHKK địa nhiệt. Bảng 3.3 Kết quả tính toán theo lí thuyết COP, tiêu thụ năng lượng (TTNL) và tiết kiệm 63 năng lượng(TKNL) cho hệ thống ĐHKK địa nhiệt và ĐHKK truyền thống tại tòa nhà văn phòng Viện Địa chất. 6
DANH MỤC HÌNH Hình Tên Trang Hình 1.1 Kết cấu các tầng nhiệt vỏ trái đất 10 Hình 1.2 Nhà máy điện địa nhiệt Soultz (Đông Bắc nước Pháp) 11 Hình 1.3 Nhà máy điện địa nhiệt Soultz (Đông Bắc nước Pháp) 11 Hình 1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống GSHP mùa hè 17 Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống GSHP mùa đông 18 Hình 1.6 Loại hệ thống GSHP có ống nằm ngang 18 Hình 1.7 Loại hệ thống GSHP có ống nằm ngang 18 Hình 1.8 Loại hệ thống GSHP có ống thẳng đứng 19 Hình 1.9 Loại hệ thống GSHP có ống ngập trong ao, hồ 20 Hình 1.10 Loại hệ thống GSHP vòng hở 20 Hình 1.11 Đồ thị so sánh lượng khí phát thải của hệ thống GSHP và một hệ thống 24 ĐHKK truyền thống tương đương dùng nhiên liệu dầu. Hình 2.1 Sơ đồ phân loại các phương án giải nhiệt nhà cao tầng bằng ĐHKK 27 Hình 2.2 Sự phụ thuộc của năng suất lạnh vào nhiệt độ ngng tụ 29 Hình 2.3 Sự phụ thuộc của năng suất lạnh vào nhiệt độ bay hơi 30 Hình 2.4 Chu trình lạnh thực có quá lạnh và quá nhiệt 31 Hình 2.5 Hệ số lạnh thực tế  t và hệ số lạnh lý thuyết theo chu trình Carnot c 32 Hình 2.6 Ký hiệu hình vẽ Chiller một chiều và hai chiều. 35 Hình 2.7 Water Chiller hai chiều giải nhiệt gió 36 Hình 2.8 Water Chiller một chiều lạnh dùng tháp giải nhiệt 37 Hình 2.9 Water Chiller hai chiều giải nhiệt nước dùng nước giếng khoan 39 Hình 2.10 Tương quan phần trăm năng suất lạnh các phương án điều hòa 40 Hình 2.11 Tương quan phần trăm hệ số sử dụng năng lượng sơ cấp các phương án mùa 44 đông Hình 3.1 Nhiệt độ không khí trung bình các tháng (ºC) 48 Hình 3.2 Lượng mưa trung bình các tháng (mm) 49 Hình 3.3 Đồ thị biến đổi nhiệt độ trong năm, lỗ khoan Q.34. 51 Hình 3.4 Đồ thị biến đổi nhiệt độ trong năm, lỗ khoan Q.62 51 7
Hình 3.5 Đồ thị biến đổi nhiệt độ trong năm, lỗ khoan Q.63 52 Hình 3.6 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của hệ thống điều hòa địa nhiệt. 54 Hình 3.7 Bơm nhiệt 55 Hình 3.8 Bơm nhiệt 55 Hình 3.9 Hệ thống đường ống cấp nước và giải nhiệt 56 Hình 3.10 Dàn quạt (FCU), phòng điều không (AHU) 56 Hình 3.11 Hệ thống ống dẫn nước cấp và nước thải, bù nước. 57 Hình 3.12 Đồng hồ đo nhiệt độ và điều khiển 57 Hình 3.13 Giếng cấp và giếng thải nhiệt 58 Hình 3.14 Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ trong giếng cấp và giếng giải nhiệt khi chạy máy 61 ĐHKK địa nhiệt Hình 3.15 Biểu đồ NLTT của ĐHKK địa nhiệt và ĐHKK truyền thống 61 8
MỞ ĐẦU Sự phát triển kinh tế Thế giới kéo theo nhu cầu sử dụng năng lƣợng ngày càng gia tăng. Các nguồn năng lƣợng vì thế đƣợc khai thác và sử dụng mạnh mẽ, đặc biệt là nguồn nhiên liệu hóa thạch: than, dầu, khí thiên nhiên. Tình trạng gia tăng khai thác và sử dụng các nguồn năng lƣợng hóa thạch nói trên đang tạo ra nguy cơ cạn kiệt năng lƣợng, ô nhiễm môi trƣờng; rất nhiều thách thức không nhỏ với loài ngƣời. Điều đầu tiên phải kể đến là sự biến đổi khí hậu(BĐKH) toàn cầu đang diễn ra ngày một nghiêm trọng. BĐKH là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21. Những báo cáo gần đây của Ủy ban Liên Chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) đã xác nhận rằng BĐKH thực sự đang diễn ra và đã gây ra nhiều tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trƣờng tại nhiều nƣớc trên thế giới, trong đó Việt Nam là một trong những nƣớc chịu ảnh hƣởng nặng nề nhất do những tác động của BĐKH [19]. BĐKH đã và đang tạo ra các tác động bất lợi đến tài nguyên thiên nhiên, điều kiện môi trƣờng sống và các ngành kinh tế quốc dân, trong đó có ngành năng lƣợng. Năng lƣợng có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự phát triển của mỗi quốc gia. Năng lƣợng là một trong các nhu cầu thiết yếu đối với sinh hoạt của nhân dân và cũng chính là yếu tố đầu vào không thể thiếu của các ngành kinh tế, có tác động ảnh hƣởng không nhỏ đến đời sống kinh tế, chính trị, văn hóa, xã hội của các quốc gia. Việc gia tăng mức độ sử dụng năng lƣợng hóa thạch (than, dầu, khí đốt) luôn kèm theo nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng tại khu vực sản xuất năng lƣợng và góp phần làm suy giảm chất lƣợng môi trƣờng toàn cầu do sự phát thải các khí nhà kính nhƣ CO2, CH4-, N2O,… vào Khí quyển ngày càng nhiều, từ đó làm gia tăng hiệu ứng nhà kính và nóng lên của Trái đất. Sự nóng lên của Trái đất là nguyên nhân làm gia tăng tốc độ tan băng ở hai cực Trái đất, dẫn tới ngập úng các vùng đất thấp ven biển. BĐKH hiện nay còn là nguyên nhân gia tăng cƣờng độ các tai biến thiên nhiên: lũ lụt, hạn hán, xói lở bờ biển, dông bão, v.v. Trƣớc những vấn đề mang tính chất nghiêm trọng đang diễn ra, Hội nghị thƣợng đỉnh Liên hợp quốc tổ chức tại Janero, Braxin năm 1992 đã thông qua Công ƣớc khung về BĐKH. Tiếp đó, 170 quốc gia trên Thế giới đã tham gia ký kết Nghị định thƣ Kyoto, với mục tiêu giảm 5,2% khí nhà kính so với mốc phát thải năm 1990. Ý tƣởng về “kinh tế xanh” đƣợc Chƣơng trình môi trƣờng của 9
LHQ (UNEP) khởi xƣớng năm 2008. Nhiều tổ chức và diễn đàn quốc tế đã tập trung thảo luận về chủ đề kinh tế xanh, Nhiều giải pháp phát triển kinh tế xanh đã đƣợc đề xuất tại Hội nghị về phát triển bền vững 2012 (Rio+20) tại Brazil. Nhiều sáng kiến đƣợc các cơ quan Liên hợp quốc thúc đẩy hƣớng tới nền Kinh tế Xanh nhƣ: Nông nghiệp thích ứng một cách thông minh với khí hậu (FAO), Đầu tƣ công nghệ sạch (WB), Việc làm xanh (ILO), Kinh tế Xanh (UNEP), Giáo dục vì sự phát triển bền vững (UNESCO), Xanh hóa khu vực y tế (WHO), Thị trƣờng công nghệ xanh (WIPO), Tiêu chuẩn công nghệ thông tin xanh (ITU), Giải pháp năng lƣợng xanh (UN WTO), Sản xuất sạch hơn và hiệu quả sử dụng tài nguyên (UNEP và UNIDO), Các thành phố và biến đổi khí hậu (UN- HABITAT), Tái chế tàu biển (IMO),… đang thu đƣợc nhiều kết quả tốt đẹp. Sự khan hiếm các nguồn nhiên liệu hóa thạch cùng với mối đe dọa về BĐKH là những động lực thúc đẩy đầu tƣ nghiên cứu phát triển các nguồn năng lƣợng có khả năng tái tạo nhƣ năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời và năng lƣợng sinh học với vai trò là nguồn năng lƣợng thay thế. Theo quan điểm mới đây của Bách Khoa Toàn thƣ Quốc tế thì "năng lƣợng tái tạo hay còn gọi là năng lƣợng tái sinh là năng lƣợng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con ngƣời là vô hạn. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lƣợng tái tạo là tách một phần năng lƣợng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trƣờng và đƣa vào trong các ứng dụng kỹ thuật". Hiện nay các nhà kinh tế và kỹ thuật đang chú ý nhiều đến các nguồn năng lƣợng tái tạo nhƣ : năng lƣợng sinh học (sinh khối, Biogas, Ethanol, Diesel sinh học,…), năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng gió, năng lƣợng thủy điện nhỏ, năng lƣợng thủy triều, năng lƣợng sóng biển, năng lƣợng địa nhiệt, v.v… Theo các số liệu khoa học, tiềm năng địa nhiệt của Trái đất rất lớn, gấp nhiều lần các dạng năng lƣợng tái tạo đã nêu trên nhƣ năng lƣợng sinh học, năng lƣợng gió, năng lƣợng thủy triều. Nguồn năng lƣợng vô tận đó có ở mọi nơi trên Trái đất, nhƣng phân bố không đều và khó khai thác. Ví dụ, để phát điện cần phải có nguồn địa nhiệt có nhiệt độ > 100 OC, rất phổ biến ở vùng núi lửa nhƣng quá rủi ro để lắp đặt các thiết bị thu nhiệt. Nguồn năng lƣợng địa nhiệt có nhiệt độ thấp (
Theo số liệu điều tra nghiên cứu dài hạn hệ thống điều hòa không khí (ĐHKK) chiếm khoảng hơn 60% tổng năng lƣợng tiêu thụ của các tòa nhà cao tầng [13]. Tìm ra giải pháp giảm bớt năng lƣợng tiêu thụ của hệ thống ĐHKK là một phần quan trọng của giải pháp giảm nhẹ BĐKH. Các hệ thống điều hòa dân cƣ nhà cao tầng theo giải pháp mới cần đƣợc thiết kế theo nguyên tắc "điều hòa chung cho cả tòa nhà". Đặc biệt là với những thành phố lớn nhƣ Thƣợng Hải và Vũ Hán của Trung Quốc thì tỷ lệ dùng ĐHKK có thể đạt tới 50% và thay đổi tùy theo cách tính 1 điều hòa/1 hộ gia đình hay 1 điều hòa/1 phòng. Theo điều tra mới đây về mức tiêu thụ năng lƣợng, đối với các tòa nhà không thực hiện tiết kiệm năng lƣợng, thì tổng lƣợng điện tiêu thụ và lƣợng điện tiêu thụ hàng năm của hệ thống ĐHKK là vô cùng lớn. Lƣợng điện tiêu thụ này ở Trung Quốc đạt tới con số 80 triệu kWh trong mùa hè và 200 triệu kWh trong mùa đông, bằng năng suất điện của nhà máy Sanxia có sản lƣợng điện hàng năm là 224 triệu kWh/năm [13]. Nhƣ vậy hệ thống ĐHKK tiêu thụ một lƣợng điện không nhỏ trong tổng lƣợng điện tiêu thụ hàng năm của các tòa nhà cao tầng. Bằng việc phân tích đặc điểm nhiệt của nhà cao tầng và hiệu suất nhiệt của các thiết bị ĐHKK cho phép giảm phụ tải nhiệt của tòa nhà giảm tới 30% và phụ tải lạnh giảm tới 70% và do đó nhu cầu điện năng tiêu thụ của ĐHKK vào mùa hè giảm tới 40%; đồng nghĩa với phụ tải ĐHKK và khử ẩm hàng năm có thể giảm tới 50% [13]. Nhƣ vậy, hệ thống ĐHKK trong các công trình công cộng và dân sinh chiếm mức tiêu thụ năng lƣợng khá cao; điều đó cho thấy một tiềm năng tiết kiệm năng lƣợng nếu thực sự có phƣơng án tiết kiệm năng lƣợng hiệu quả cho hệ thống này. Trong chu trình lạnh của hệ thống ĐHKK khi ta giảm hiệu nhiệt độ t  t k  t 0 xuống càng thấp thì năng suất lạnh của chu trình càng tăng cao và vì thế hiệu suất của chu trình càng cao. Nguồn địa nhiệt ở tầng nông tại lớp đất nông có nhiệt độ ổn định, không phụ thuộc vào bức xạ mặt trời. Nhƣ vậy, vào mùa hè lớp này sẽ có nhiệt độ "mát" hơn nhiệt độ không khí ngoài trời và mùa đông sẽ có nhiệt độ "ấm" hơn nhiệt độ không khí ngoài trời. Bằng một cách nào đó nếu ta sử dụng đƣợc nhiệt độ tại lớp này để làm mát và cấp nhiệt cho bình ngƣng và dàn bay hơi của hệ thống ĐHKK; thì việc giải nhiệt bình ngƣng và cấp nhiệt dàn bay hơi sẽ tốt hơn. Hay nói cách khác việc làm này giúp giảm hiệu nhiệt độ t xuống do đó nâng cao hiệu suất hệ thống ĐHKK. 11
Trong tình hình hiện nay, khi BĐKH đang là vấn đề nóng lên toàn cầu, việc tiết kiệm năng lƣợng và sử dụng năng lƣợng sạch, năng lƣợng tái tạo đang là phƣơng châm và chính sách của các quốc gia và toàn Thế giới thì việc nghiên cứu phát triển các khả năng tiết kiệm năng lƣợng trong nghành kỹ thuật có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Đất nƣớc ta là một nƣớc nhiệt đới gió mùa khí hậu nóng ẩm mƣa nhiều. Địa lý nƣớc ta chia thành hai miền Nam, Bắc có đặc điểm khí hậu phân biệt rõ rệt. Miền Nam khí hậu nắng nóng và ẩm, chia làm hai mùa mƣa và khô rõ rệt. Miền Bắc khí hậu nóng ẩm mƣa nhiều về mùa hè, ẩm và lạnh về mùa đông. Thời gian giao mùa tƣơng đối dài đặc biệt là Miền Bắc, nên nhu cầu làm mát, hút ẩm và sƣởi ấm ở nƣớc ta rất lớn [1], [2]. Nhu cầu sử dụng ĐHKK ở nƣớc ta là rất lớn và hệ thống này chiếm tỷ lệ tiêu thụ điện năng khá cao trong các công trình nên tiềm năng tiết kiệm năng lƣợng trong hệ thống này cần đƣợc quan tâm. Việc này có thể thực hiện đƣợc nếu ta cải thiện phƣơng pháp giải nhiệt bình ngƣng bằng cách sử dụng nƣớc giếng khoan từ lòng đất thay cho các phƣơng pháp giải nhiệt truyền thống khác. Từ những lí do nêu trên học viên chọn đề tài “Nghiên cứu hiệu quả giảm nhẹ biến đổi khí hậu khi sử dụng nguồn nhiệt nước ngầm trong trường hợp lắp đặt hệ thống điều hòa không khí tại Viện Địa chất, phố Chùa Láng - Đống Đa - Hà Nội” làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp của mình. * Mục tiêu của đề tài : - Có đƣợc các thí nghiệm công nghệ điều hòa không khí giải nhiệt bằng nƣớc ngầm để đánh giá hiệu quả tiết kiệm điện năng của công nghệ ĐHKK bơm nhiệt lòng đất (GSHP hay còn gọi là ĐHKK địa nhiệt) giải nhiệt bằng nƣớc ngầm. - Phân tích đƣợc các hiệu quả giảm nhẹ biến đổi khí hậu của công nghệ đã đề xuất, làm tiền đề cho giải pháp tiết kiệm điện nhân rộng. * Dự kiến những đóng góp của đề tài : Các kết quả nghiên cứu, đánh giá của đề tài sẽ là cơ sở cho việc đề xuất các biện pháp về mặt kỹ thuật và chính sách cho việc tiết kiệm năng lƣợng trong việc triển khai lắp đặt hệ thống điều hòa giải nhiệt bằng nƣớc ngầm (GSHP) thay thế cho hệ thống điều hòa không khí truyền thống trong tƣơng lai. - Về mặt kinh tế: tiết kiệm đƣợc chi phí tiêu hao năng lƣợng, tăng hiệu quả kinh tế 12
- Về mặt xã hội: tiết kiệm nguồn tài nguyên năng lƣợng điện đang rất cần cho việc nâng cao điều kiện sống ngƣời dân vùng sâu, vùng xa. - Về mặt môi trường: giảm thiểu phát thải khí nhà kính do sử dụng năng lƣợng. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu tiềm năng địa nhiệt Nhƣ chúng ta biết nguồn nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu thô, khí thiên nhiên) có số lƣợng hữu hạn và đang đứng trƣớc nguy cơ cạn kiệt. Chính vì vậy rất cần những nghiên cứu về khả năng khai thác các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo nhƣ năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời và năng lƣợng sinh học,...Trong đó, địa nhiệt là một nguồn năng lƣợng sạch và có tiềm năng to lớn có thể thay thế dầu mỏ và than đá trong tƣơng lai. Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu tiềm năng của nguồn năng lƣợng khổng lồ này. 1.1.1. Đặc tính nhiệt của lòng đất Nhƣ chúng ta đều biết rằng vỏ trái đất đƣợc cấu tạo bởi nhiều lớp và mỗi lớp đều mang một nhiệt độ khác nhau (hình 1.1). Lớp trên cùng của vỏ trái đất chỉ có nhiệt độ trung bình năm là 150C. Ở Manti trên, nhiệt độ trung bình là 6500C. Ở đới chuyển tiếp nhiệt độ bình quân là 10000C. Ở Manti dƣới, nhiệt độ trung bình là 30000C. Tại nhân ngoài của Trái Đất nhiệt độ bình quân 50000C. Còn Nhân trong của Trái đất có trong nhiệt độ bình quân là 70000C. Khối năng lƣợng khổng lồ đó tồn tại đồng hành với Trái đất và là nguồn năng lƣợng vô hạn sinh ra từ chuỗi các phản ứng hạt nhân xảy ra thƣờng xuyên trong lòng Trái Đất. 13
Hình 1.1 Kết cấu các tầng nhiệt vỏ trái đất [4] Đi sâu xuống lòng đất 2  40m (tùy địa điểm) ta sẽ gặp tầng ổn định nhiệt, tức là tầng có nhiệt độ không chịu ảnh hƣởng của bức xạ mặt trời (ở Moskva là độ sâu 20m, ở Pari là 28m). Dƣới tầng ổn định nhiệt, càng sâu nhiệt độ càng tăng. Ngƣời ta gọi Gradient địa nhiệt là độ sâu tính bằng mét đủ để nhiệt độ lòng đất tăng lên 10C. Trị số trung bình là 33m. Nếu xuống sâu đƣợc đến 60km thì lòng đất có nhiệt độ tới 18000C. Để khai thác nguồn năng lƣợng địa nhiệt ngƣời ta thƣờng chỉ cần khoan các giếng sâu 4  5km [4]. Tuy nhiên các dòng nhiệt lại phân bố không đều, những vùng dòng nhiệt cao thƣờng có tuổi địa chất trẻ, đang có hoạt động kiến tạo và núi lửa. Ngƣời ta phải tìm những nơi có dòng nhiệt tập trung cao bất thƣờng để khai thác có hiệu quả. Tại những vùng nhƣ vậy, có hai phƣơng án sử dụng địa nhiệt: + Phƣơng án 1: Nguồn năng lƣợng là những bồn địa nhiệt (geothermal pool) tạo ra nƣớc nóng và hơi nƣớc có thể khai thác đƣợc. Các bồn địa nhiệt giống nhƣ các bẫy dầu về một số tính chất, nhƣng thay vì là hydrocacbon, ở đây là nƣớc nóng. Các đá thấm chứa nƣớc bị cô lập toàn bộ hay ít nhất một phần bởi các đá macma bên dƣới. Một phần nƣớc nóng này có thể len lỏi lên bề mặt dƣới dạng các suối nƣớc nóng hoặc suối phun. Phần còn lại nằm trong các túi nƣớc có thể đƣợc khoan và đƣa lên mặt đất để tạo ra điện năng. + Phƣơng án 2: Địa nhiệt từ các đá khô, nóng ở dƣới sâu. Ngƣời ta có thể bố trí các lỗ khoan tới độ sâu nơi có các đá đủ độ nóng, rồi tạo ra một khả năng thấm nhân tạo cho đá bằng cách bơm nƣớc vào lỗ khoan dƣới áp lực rất cao làm vỡ nứt đá. Sau đó bơm nƣớc qua một hệ thống lỗ khoan để đƣa vào đới nứt nẻ vừa tạo ra làm cho nƣớc đƣợc nung nóng và dẫn về từ hệ thống lỗ khoan hút nƣớc của các nhà máy nhiệt điện. Nƣớc sau khi sử dụng lại quay về lòng đất và bắt đầu một chu kỳ tuần hoàn mới. Một ví dụ cho phƣơng án sử dụng nhiệt này là nhà máy địa nhiệt ở Soultz cách Strasbourg (Đông Bắc nƣớc Pháp) 50km về phía Bắc. Nƣớc đƣợc đƣa xuống 14
độ sâu khoảng 5km tới vùng có nhiệt độ khoảng 200 0C. Nƣớc đƣợc làm sôi sẽ theo ống dẫn lên và làm chạy máy phát điện. 1.1.2. Tiềm năng khai thác năng lượng địa nhiệt Theo các nhà khoa học, năng lƣợng địa nhiệt là một nguồn năng lƣợng sạch, thân thiện và gần nhƣ vô tận, có thể đáp ứng cao hơn gấp 250.000 lần nhu cầu năng lƣợng hàng năm của Thế giới, không gây ra các tác động tiêu cực đối với khí hậu và môi trƣờng [4]. Do đó, đây đƣợc coi là một nguồn năng lƣợng thay thế trong tƣơng lai. Vì lý do đó, nhiều quốc gia trên Thế giới đã đầu tƣ nghiên cứu, phân tích và xây dựng các công trình kỹ thuật nhằm khai thác nguồn năng lƣợng khổng lồ đã bị bỏ quên từ lâu này. Trên Thế giới: Ðịa nhiệt đƣợc sử dụng sớm nhất ở Ý từ đầu thế kỷ này, nhƣng mãi cho đến nay mơí đƣợc chú ý do triển vọng của nó trong tƣơng lai. Tại thành phố Swabian (Bad Urach), miền nam nƣớc Đức , một công trình HDR đang đƣợc triển khai với giếng khoan sâu 4445m (nơi có nhiệt độ khoảng 1700C) Ở Iceland, công nghiệp năng lƣợng địa nhiệt tạo ra nguồn điện chiếm đến 26% (2006) tổng sản lƣợng điện của nƣớc này. Nguồn địa nhiệt cũng đã cung cấp đƣợc nƣớc nóng cho 87% số hộ dân của nƣớc này. Trên toàn Thế giới hiện nay (số liệu năm 2008), có 24 quốc gia đang khai thác và sử dụng năng lƣợng địa nhiệt để sản xuất ra lƣợng điện năng đủ để duy trì cho 60 triệu ngƣời - xấp xỉ bằng số dân của Vƣơng Quốc Anh [4]. Đến năm 2015, dự tính sẽ có khoảng 46 quốc gia sử dụng tài nguyên năng lƣợng này để sản xuất ra lƣợng điện ; tƣơng ứng với 27 nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Hiện nay Mỹ đang là quốc gia đi đầu trong việc sản xuất địa nhiệt trong số 24 quốc gia có phát triển địa nhiệt. Công suất điện địa nhiệt của Mỹ hiện chiếm 32% công suất điện địa nhiệt của các nhà máy trên Thế giới. Nƣớc Mỹ có thể lắp đặt thiết bị công suất 100 000 MW điện địa nhiệt trong thời gian tới, đủ cung cấp điện cho 25 triệu hộ cƣ dân trong 50 năm. Một nghiên cứu mới đƣợc công bố trong năm 2008 của viện Công Nghệ Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology - MIT) [4] cho biết : Nếu có thể khai thác đƣợc 40% lƣợng nhiệt nằm dƣới lòng đất của nƣớc Mỹ, nó sẽ đáp ứng gấp 15
56.000 lần nhu cầu hiện nay của đất nƣớc này. Ở các nƣớc đang phát triển nhƣ Philippin, Indonexia, Trung Quốc,... năng lƣợng địa nhiệt cũng đã và đang đƣợc thăm dò và sử dụng. Trong đó Philippin là nƣớc sản xuất ra điện địa nhiệt lớn thứ hai Thế giới sau Mỹ. Hiện nay 23% sản lƣợng điện của nƣớc này đƣợc sản xuất từ nguồn năng lƣợng địa nhiệt. Mục tiêu của Philippin đến năm 2010 tăng công suất sản lƣợng điện địa nhiệt lên 60%, tƣơng ứng 3.130 MW. Indonexia là quốc gia sản xuất điện địa nhiệt lớn thứ 3 Thế giới, hiện đang có một dự án điện địa nhiệt với công suất lên tới 6.870 MW trong 10 năm tới; tƣơng đƣơng với gần 30% sản lƣợng điện hiện tại từ tất cả các nguồn khác của nƣớc này [4]. Ở Châu Phi, tiềm năng phát triển năng lƣợng địa nhiệt cũng rất lớn, đặc biệt là thung lũng Great Rift. Kenya là một trong những nƣớc đi đầu khu vực trong khai thác nguồn năng lƣợng tiềm ẩn này. Vào cuối tháng 6 năm 2008, nƣớc này đã triển khai dự án điện địa nhiệt có công suất khoảng 1.700 MW, tƣơng đƣơng 50% tổng công suất sản xuất điện từ tất cả các nguồn năng lƣợng khác của Kenya. Ngành công nghiệp tiêu thụ hơn 30% sản lƣợng điện Thế giới, cũng bắt đầu quan tâm đến nguồn năng lƣợng địa nhiệt giá rẻ. Ở Papua, New Ghine, một nhà máy điện địa nhiệt công suất 56 MW của Lihir Gold Ltd (tập đoàn khai thác vàng hàng đầu thế giới), đáp ứng 75% nhu cầu năng lƣợng của công ty với giá thấp hơn đáng kể so với năng lƣợng từ nhiên liệu hóa thạch. Iceland cũng đã lên kế hoạch xây dựng 5 nhà máy năng lƣợng địa nhiệt có tổng công suất là 225 MW để cung cấp điện cho những nhà máy luyện nhôm mới xây dựng của nƣớc này [4]. Ở Việt Nam: Hiện nay, Tập đoàn Ormat của Mỹ, chuyên xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt trên khắp Thế giới đã vào nƣớc ta và xin giấy phép đầu tƣ xây dựng 5 nhà máy điện địa nhiệt tại Lệ Thủy (Quảng Bình), Mộ Đức (Quảng Ngãi), Nghĩa Thắng (Quảng Ngãi), Hội Vân (Bình Định) và Tu Bông (Khánh Hòa). Tổng công suất các nhà máy điện địa nhiệt này dự kiến lên đến 150  200 MW. Chính phủ Việt Nam cũng đã có định hƣớng xây dựng nhà máy điện địa nhiệt công suất 20  25 MW tại xã Cát Hiệp huyện Phù Cát (cách Qui Nhơn 35 km về phía Bắc) [4]. Ƣu điểm của nguồn địa nhiệt nƣớc ta là phân bố đều khắp lãnh thổ, cho phép sử dụng rộng rãi ở nhiều địa phƣơng. Có thể nghiên cứu và xây dựng những trạm phát điện công suất nhỏ phục vụ làng bản vùng sâu nơi mạng lƣới điện quốc gia chƣa vƣơn tới đƣợc. Theo thống kê, ở nƣớc ta điều tra trên 16
toàn quốc phát hiện 253 nguồn nƣớc nóng nhiệt độ từ 30oC trở lên, lộ trên mặt đất tập trung ở vùng Tây Bắc và vùng Nam Trung bộ. Trong đó 72 nguồn nƣớc có nhiệt độ khoảng 41- 600C, 36 nguồn có nhiệt độ 61-1000C và 64 nguồn có nhiệt độ 30 - 400C. Có 40 nguồn đƣợc thăm dò sơ bộ (tính đến năm 2001) nhằm phục vụ yêu cầu chữa bệnh, nƣớc đóng chai, du lịch. Chỉ có hai nguồn đƣợc nghiên cứu thử nghiệm sử dụng năng lƣợng địa nhiệt để sấy nông sản ở Bình Định và Tuyên Quang. Bên cạnh những tiềm năng về sản xuất điện năng thì địa nhiệt còn có một ứng dụng lớn trong ngành điều hòa không khí (ĐHKK). Một số dự án đang đƣợc triển khai dùng địa nhiệt (nƣớc ngầm) tầng nông để bơm nhiệt cho hệ thống điều hòa không khí. Lƣợng điện năng dùng để sƣởi ấm hoặc làm mát ở nƣớc ta chiếm khoảng 10  15% lƣợng điện phát ra [7]. Hệ thống ĐHKK địa nhiệt có thể tiết kiệm điện năng từ 30  60% so với hệ thống ĐHKK truyền thống. 1.1.3. Ứng dụng địa nhiệt trong điều hòa không khí Trong chu trình lạnh của hệ thống ĐHKK khi ta giảm hiệu nhiệt độ t  t k  t 0 xuống càng thấp thì năng suất lạnh của chu trình càng tăng cao và vì thế hiệu suất của chu trình càng cao. Nguồn địa nhiệt ở tầng nông tại lớp ổn định nhiệt có nhiệt độ ổn định không phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và bằng với nhiệt độ trung bình năm tại địa điểm khảo sát. Nhƣ vậy, vào mùa hè lớp này sẽ có nhiệt độ "mát" hơn nhiệt độ không khí ngoài trời và mùa đông sẽ có nhiệt độ "ấm" hơn nhiệt độ không khí ngoài trời. Bằng một cách nào đó nếu ta sử dụng đƣợc nhiệt độ tại lớp này để làm mát và cấp nhiệt cho bình ngƣng và dàn bay hơi của hệ thống ĐHKK sẽ giúp việc giải nhiệt bình ngƣng và cấp nhiệt dàn bay hơi đƣợc tốt hơn. Hay nói cách khác, việc làm này giúp giảm hiệu nhiệt độ t xuống do đó nâng cao hiệu suất hệ thống ĐHKK. Thông thƣờng có 3 hình thức địa nhiệt có thể đáp ứng cho công nghệ ĐHKK địa nhiệt này : + Sử dụng nhiệt trực tiếp của đất đá tại lớp địa nhiệt nông (lớp ổn định nhiệt) bằng các thiết bị trao đổi nhiệt sẽ đƣợc chôn trực tiếp sâu trong lòng đất. + Sử dụng nhiệt từ nguồn nƣớc ngầm của lớp ổn định nhiệt, nƣớc này sẽ đƣợc dẫn qua các thiết bị trao đổi nhiệt của hệ thống ĐHKK. + Sử dụng nhiệt từ nguồn nƣớc mặt ở mực sâu tại các ao, hồ... có nhiệt độ khá ổn định. 17
Tƣơng ứng với mỗi loại địa nhiệt này ta sẽ có một hệ thống ĐHKK ứng dụng công nghệ địa nhiệt. Khả năng sử dụng nguồn nƣớc mặt nhƣ ao, hồ, sông, suối vào điều hòa không khí là rất hạn chế do quỹ nƣớc mặt và những tiêu chuẩn về độ sạch, độ an toàn còn hạn chế, chế độ nhiệt thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ không khí. Phƣơng án nguồn địa nhiệt là đất, đá cũng thiếu tính khả thi vì việc đào bới và lắp đặt các thiết bị trao đổi nhiệt xuống độ sâu hàng trăm mét tại một thành phố đông dân trong điều kiện hạn chế về quỹ đất nhƣ Hà Nội và các thành phố khác không thể thực hiện đƣợc. Trong các giải pháp cấp nhiệt từ nguồn địa nhiệt thì phƣơng án sử dụng nƣớc giếng khoan nhƣ một nguồn nhiệt ổn định là có tính khả thi nhất vì các lý do sau: + Nƣớc giếng khoan dễ dàng khai thác trên phạm vi rộng rãi toàn thành phố và có thể thực hiện khai thác ngay tại các hộ dân đơn lẻ. + Nƣớc giếng khoan ở độ sâu tại lớp ổn định nhiệt tại Hà Nội cách mặt đất 10  15m có nhiệt độ khá ổn định 250C còn ở độ sâu 30  40m có nhiệt độ ổn định ở 23  24oC. + Nƣớc giếng khoan có chi phí lắp đặt thiết bị trao đổi nhiệt thấp. 1.2. Công nghệ điều hòa không khí bơm nhiệt lòng đất (GSHP) Trên Thế giới nguồn năng lƣợng địa nhiệt đã đƣợc ứng dụng vào hệ thống ĐHKK từ khá lâu và đã mở ra một công nghệ mới mang lại hiệu quả năng lƣợng đáng kể trong ngành ĐHKK. Công nghệ này có tên tiếng Anh là Ground Source Heat Pump (GSHP), một số tài liệu còn có tên Geothermal Heat Pump (GHP). 1.2.1. Lịch sử phát triển và thành tựu nghiên cứu Trên Thế giới: Bơm nhiệt địa nhiệt hay còn gọi là bơm nhiệt lòng đất đƣợc sáng chế lần đầu tại Thụy Điển vào năm 1912 và đã trở thành một loại công nghệ hiệu quả năng lƣợng và bảo vệ môi trƣờng trong thế kỉ 21. Hơn 20 năm sau khi nhà máy đầu tiên đƣợc xây dựng năm 1945 (Crandall, Bắc Mỹ), một kỹ sƣ đã thử nghiệm với các ống đặt nằm ngang sâu 1,5m để lấy nguồn nhiệt cho bơm nhiệt. Thiết bị trao đổi nhiệt giếng đất đƣợc giới thiệu ở Châu Âu vào cuối thập kỉ 70 18
(Rosenblad, 1979; Drafz, 1982) và kể từ thời điểm đó các kiểu bơm nhiệt nguồn đất khác nhau đã đƣợc sử dụng ở Thụy Điển, Đức, Thụy Sĩ và Áo [11], [13]. Bơm nhiệt lòng đất đƣợc lắp đặt nhiều ở các quốc gia phát triển thuộc Châu Âu và nƣớc Mỹ cho mục đích làm mát, sƣởi ấm và đun nƣớc nóng vì hiệu quả cao của nó. Kể từ năm 2006, Bộ Năng lƣợng Mỹ đã quyết định dành ra khoản ngân sách 24 triệu USD cho nghiên cứu địa nhiệt với tin tƣởng rằng các nghiên cứu này thực sự đƣa vào thực tế sẽ góp phần giảm bớt gánh nặng về năng lƣợng cho đất nƣớc. Thủ phủ của tiểu bang Idaho là nơi có hệ thống máy sƣởi chung dùng địa nhiệt lâu đời nhất ở nƣớc Mỹ. Đƣờng ống phân phối năng lƣợng địa nhiệt đầu tiên đƣợc xây dựng tại đây cách đây hơn một thế kỷ; mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lƣợng so với các nguồn năng lƣợng khác tới 30%. Các thành phố khác cũng có hệ thống cung cấp năng lƣợng địa nhiệt là thành phố Reno thuộc tiểu bang Nevada, thành phố Susanville thuộc tiểu bang California. Thành phố Klamath Falls thuộc tiêu bang Oregon đã cho đặt những ống vòng truyền hơi nóng dƣới lề đƣờng các khu phố chính để làm tan tuyết và băng. Công nghệ bơm nhiệt lòng đất đã đƣợc đƣa vào Trung Quốc từ những năm 90 và đã có những phát triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây. Công nghệ GSHP đã có những đóng góp đáng kể, giúp Trung Quốc trong việc đẩy mạnh sự phát triển bền vững. Tháng 10 năm 1997, Bộ năng lƣợng Mỹ (Department of Energy - DOE) cùng với Bộ Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã ký kết một hiệp ƣớc chung với mục đích chính là phát triển thị trƣờng bơm nhiệt lòng đất tại Trung Quốc. Cho đến năm 2006, đã có 12 dự án GSHP đƣợc phát triển với nỗ lực chung của DOE, hiệp hội GSHP Mỹ và công ty phát triển công nghệ mới về năng lƣợng Beijing Jike, mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lƣợng tới 30% (số liệu của công trình toà nhà quốc tế Beijing - Concordia). Những đề án này đã mang lại thành công, đồng thời đã chứng minh đƣợc những lợi ích vƣợt trội của công nghệ GSHP so với công nghệ làm mát và sƣởi ấm truyền thống đặc biệt là đối với các ứng dụng cho hộ dân cƣ. Cuối năm 2003, Jike đã thành lập thêm 22 dự án tƣơng tự ở phía Bắc, Trung và Nam Trung Quốc với tổng diện tích thiết kế là 331.904m2 [21]. Qua nhiều năm phát triển, bơm nhiệt lòng đất ngày nay khá đa dạng về chủng loại và kích thƣớc; phù hợp với nhiều loại công trình và địa chất nơi đặt hệ thống. Trong thời gian đó, ngƣời ta cũng đã nghiên cứu thử nghiệm và thu đƣợc các kết quả đáng tin cậy. Với sự bố trí hợp lý hệ thống và những tiến bộ 19
trong việc kết hợp các hệ thống điều khiển và chỉ huy đã khiến giá thành bơm nhiệt lòng đất giảm đáng kể so với ban đầu. Bơm nhiệt lòng đất ngày nay đã trở thành dạng công nghệ sạch và công nghệ tiết kiệm năng lƣợng. Ở Việt Nam Từ trƣớc đến nay ở nƣớc ta mới chỉ có những nghiên cứu về năng lƣợng địa nhiệt và nghiên cứu lý thuyết về bơm nhiệt. Các nghiên cứu đó hoàn toàn độc lập và chƣa có nghiên cứu nào kết hợp sử dụng bơm nhiệt và nguồn năng lƣợng địa nhiệt để phục vụ cho công nghệ ĐHKK. Năm 2013, Viện Địa chất - Viện HLKHCN Việt Nam đƣợc nhà nƣớc phê duyệt triển khai đề tài KC.08.16/11-15: "Nghiên cứu đánh giá một số nguồn địa nhiệt triển vọng và có điều kiện khai thác cho phát triển năng lượng ở Việt Nam" và đây là lần đầu tiên công nghệ ĐHKK địa nhiệt sử dụng nguồn nhiệt nƣớc ngầm để giải nhiệt đƣợc lắp đặt và ứng dụng ở Việt Nam. 1.2.2. Công nghệ điều hòa không khí bơm nhiệt lòng đất (GSHP) 1.2.2.1. Cơ sở lý thuyết Nguyên lý hoạt động của hệ thống ĐHKK sử dụng bơm nhiệt lòng đất đƣợc mô tả trong hình 1.4 và 1.5. Mùa hè: Hệ thống ĐHKK thực hiện lấy nhiệt từ trong nhà và thải nhiệt ra môi trƣờng bên ngoài. Lòng đất lúc này đóng vai trò làm môi trƣờng giải nhiệt cho bình ngƣng của hệ thống ĐHKK. Lúc này đất có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ không khí ngoài trời khá nhiều và do đó có khả năng giải nhiệt tốt hơn không khí ngoài trời và mang lại hiệu quả năng lƣợng cao hơn. 20