Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phân tích công trình Chương 3: Phương pháp thiết kế mô hình Chương 4: Áp dụng vào công trình Chương 5: Tóm tắt – Kết luận – Đề xuất 1. Phương pháp thực hiện Các phương pháp được sử dụng trong đồ án là: - Phương pháp quan sát khoa học: Khảo sát đồ thị phụ tải của toà nhà, kiểm tra diện tích mặt bằng mái. - Phương pháp lập mô hình thực nghiệm: Sử dụng phần mềm PVSyst, Sketchup để lập mô hình 3D dàn pin mặt trời và tính toán sản lượng, chi phí. Giới hạn đề tài Trong đồ án này, mô hình NZEB được thiết kế dựa trên công trình là toà nhà F1 của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.
Hồ Chí Minh. Vì khái niệm về NZEB cho toà nhà là rất nhiều nên dề tài sẽ tập trung vào xây dựng mô hình NZEB về điện cho toà nhà F1 và cụ thể là mô hình hệ thống điện mặt trời có lưu trữ, phân tích các chỉ tiêu kinh tế để cho thấy được độ khả thi của dự án NZEB cho toà F1. 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Kết quả thu được - Cấu hình hệ thống tốt nhất cho công trình ( số tấm PV, dung lượng ắc quy).
- Kết quả mô phỏng sản lượng điện năng của hệ thống bằng phần mềm - Phương án vận hành ắc quy cho ra suất đầu tư thấp nhất. Đề xuất các phương án cho tương lai nếu toà nhà có nhu cầu tăng độ tiêu thụ điện và vẫn đảm bảo được tính NZEB. 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Võ Viết Cường CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH 2.
Giới thiệu về công trình 2. Thông tin toà nhà Tên công trình: Nhà học và xưởng thực hành khu F1 - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Tổng diện tích sàn: 8560 m2 Diện tích mái – Sân thượng: 1070 m2 Địa điểm: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, số 01 Đ. Võ Văn Ngân, Linh Chiểu, Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh Loại công trình: Toà nhà giáo dục. Toà nhà F1 sử dụng chung nguồn từ máy biến áp 2500 kVA với toà nhà trung tâm của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Hình 2.
1 Mặt bằng tổng thể và hướng của công trình 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Võ Viết Cường Hình 2. 2 Ảnh của công trình từ vệ tinh 2. Điều kiện tự nhiên Khí hậu tại Thủ Đức có nhiệt độ trung bình cao và ổn định quanh năm, khu vực này được chia thành 2 mùa rõ rệt.
- Mùa mưa diễn ra dao động từ tháng 5 tháng 10. - Mùa khô thường kéo dài trong khoảng từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, với nhiệt độ trung bình hằng ngày ở mức 27oC. 3 Lượng mưa tại công trình theo Solargis Dưới đây là bảng 2.1 mô tả dữ liệu khí hậu tại công trình theo Solargis. 6 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.
Võ Viết Cường Bảng 2. 1 Dữ liệu khí hậu tại Thủ Đức theo Solargis Tháng GHI DNI GTI opta TEMP WS kWh/m2 kWh/m2 kWh/m2 °C m/s Tháng 1 147.1 Trong đó: - GHI: là tổng bức xạ phương ngang (kWh/m2) - DNI: là Bức xạ trực tiếp thông thường (kWh/m2) - GTI opta: là tổng bức nghiêng ở góc tối ưu (kWh/m2) - Temp: là nhiệt độ trung bình của không khí (oC) Nhìn chung, các chỉ số bức xạ ở khu vực của dự án tương đối cao. Việc áp dụng hệ thống điện mặt trời như là một phương án cung cấp điện năng cho toà nhà là khả thi. 7 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.
Nhu cầu tải của toà nhà 2. Khảo sát phụ tải Nhóm tác giả đã thực hiện sử dụng phương pháp đo dòng điện bằng Ampere kẹp tại thời điểm ngày làm việc của toà nhà, phương pháp này cho ra kết quả dòng điện tức thời tại thời điểm 14:30 chiều. Tuy nhiên phương pháp tiềm ẩn những rủ ro về an toàn, khó khăn về mặt tiếp cận. 4 CB tổng của công trình Cụ thể, các sợi cáp của CB tổng dính liền với nhau dẫn đến việc kẹp đo dòng khó tiếp xúc không khép kín mạch từ dẫn đến sai sót, nhóm đã thực hiện đo dòng tại đầu cực của CB tổng và cho ra kết quả lúc 14 giờ 30 phút dòng đo được là 147 (A) trên mỗi pha.
Đánh giá phương pháp này tiềm ẩn rủ ro an toàn cao vì xây dựng đồ thị phụ tải của toà nhà cần phải đo đạc nhiều lần trong ngày và nhiều ngày nên nhóm đã quyết định sử dụng phương pháp khảo sát phụ tải thực nghiệm được trình bày bên dưới. Các thành phần cấu tạo nên đồ thị phụ tải của tòa nhà F1 được cấu thành từ các tải hỗn hợp, các thành phần tải đặc trưng cho khối văn phòng, cơ sở giáo dục có thể kể đến 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Võ Viết Cường như TV, máy tính, máy in. Khối phụ tải chiếu sáng bao gồm chiếu sáng cho phòng làm việc, phòng học bằng đèn máng huỳnh quang, chiếu sáng cho sảnh thang máy bằng đèn LED downlight âm trần, các đèn chiếu sáng khẩn cấp và đèn ốp trần được bố trí trong hai khu vực cầu thang bộ của tòa nhà.
Khối phụ tải lớn nhất hiện diện trong tòa nhà là tải điều hoà (làm lạnh), thành phần này chiếm tỷ trọng công suất lắp đặt lớn nhất và thường sử dụng phần lớn điện năng tiêu thụ của tòa nhà vào mùa hè nắng nóng trong năm. 5 Các thành phần tải của toà nhà Đồ thị phụ tải ban đầu của tòa nhà F1 mang đặc tính của một tòa nhà kết hợp giữa vừa có chức năng văn phòng, vừa có chức năng giảng đường. Đồ thị phụ tải nhấp nhô theo hình bậc thang thể hiện nhu cầu phụ tải của giờ trước và giờ phía sau có thể khác nhau, giải thích cho vấn đề trên là do thành phần tải cung cấp cho phụ tải các lớp học biến động theo giờ, theo tiết học và số tín chỉ của các môn học có thể khác nhau. Nhu cầu phụ tải mà nhóm khảo sát được đã bao gồm tất cả các phòng học có sử dụng, các phụ tải trong từng phòng đã cũng được thống kê cụ thể qua từng giờ, từng thứ trong tuần làm việc.
Pmax (công suất tiêu thụ lớn nhất) của tòa nhà được ước lượng khoảng gần 110kW, đồ thị có hai đỉnh tải xuất hiện vào 10 giờ đến 11 giờ sáng và 13 giờ đến 15 giờ chiều, vấn đề này có 9 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Võ Viết Cường thể hiểu rằng phụ tải lạnh của tòa nhà đang hoạt động ở mức cao, số phòng học đồng thời trong tòa nhà vào hai thời điểm này là khá cao so với mặt bằng chung các giờ còn lại. Tổng điện năng tiêu thụ Wh trong một ngày làm việc bình thường và giảng dạy bình thường của tòa nhà F1 được tính toán như sau: A = ∑24 0 𝑃×𝑡 (2.1) Trong đó: P là công suất của tổng các thiết bị được sử dụng tại thời điểm t (W). t là thời gian các thiết bị hoạt động (giờ).
Tính toán điện năng tiêu thụ của tòa nhà F1 trong một ngày làm việc và giảng dạy bình thường trong năm là 927.8 kWh điện năng tiêu thụ. 6 Đồ thị phụ tải của toà nhà 10 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. Đề xuất cải thiện nhu cầu tải Một trong những tiêu chí để có thể NZEB và đáp ứng được nhu cầu tải của toà nhà đó là phải tiết kiệm năng lượng của toà nhà xuống một mức nhất định, và để tiết kiệm được năng lượng của toà nhà F1 nhóm tác giả có đề xuất hai phương án sau: ✓ Phương án 1: Bởi vì toà nhà là công trình giáo dục thuộc quản lí của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nên nhà trường có thể đặt ra các quy định, tuyên truyền nâng cao nhận thức về cách sử dụng điện cho toà nhà như: Quy định về giờ giấc bật tắt máy lạnh, các ngày trong mùa mưa không được sử dụng điều hoà hoặc giảm sâu nhiệt độ điều hoà, tắt đèn khi không sử dụng ….
✓ Phương án 2: Thông qua khảo sát thực tế, kết hợp với bản vẽ MEP của công trình thì toà nhà hiện nay đang sử dụng đèn huỳnh quang cho tất cả các phòng và hệ thống điều hoà cục bộ cho phòng từ tầng 2 đến tầng 7. Do đó, nhóm tác giả có đề xuất là sử dụng công nghệ mới để tiết kiệm năng lượng như: Thay đổi đèn huỳnh quang sang đèn LED, sử dụng hệ điều hoà trung tâm VRV thay cho điều hoà cục bộ. Dựa theo các đề xuất trên nhóm tác giả đã tiến hành tính toán lựa chọn thiết bị phù hợp dựa trên hai phần mềm chuyên dụng cho thiết kế chiếu sáng và điều hòa không khí là DIALUX EVO, HeatLoad Daikin và VRV Xpress. Sau khi tính toán giảm nhu cầu phụ tải của tòa nhà bằng cách thay đổi trực tiếp thiết bị thu được hai dạng đồ thị phụ tải đặc trưng về mùa mưa và mùa khô của tòa nhà 11 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.
Võ Viết Cường Đồ thị phụ tải T2-T7 (mùa khô, áp dụng VRV và LED) 90000 80000 70000 60000 50000 P (W) 40000 30000 20000 10000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thời gian (giờ) Đồ thị phụ tải giảm chiếu sáng mùa khô - Ngày T2-T7 Hình 2. 7 Đồ thị phụ tải mùa khô T2-T7 (đã áp dụng VRV và LED) Giải thích đồ thị phụ tải vào ngày làm việc và giảng dạy bình thường vào mùa khô đã được áp dụng công nghệ điều hòa không khí VRV và chiếu sáng bằng đèn LED sẽ thu được năng lượng tiêu thụ trong ngày giảm rõ rệt, tổng năng lượng tiêu thụ trong ngày trên là 678 kWh điện năng tiêu thụ, giảm gần 26,9% tổng điện năng tiêu thụ trong ngày. Vào mùa khô ở miền Nam Việt Nam thường kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau hằng năm, phần bức xạ mặt trời nhận được là khá lớn trong năm, nhóm tác giả đã phân tích chiếu sáng tự nhiên (chiếu sáng ban ngày) để tiết kiệm thêm một phần năng lượng chiếu sáng, tránh việc bỏ phí nguồn năng lượng tự nhiên dồi dào này. 12 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.
Võ Viết Cường Hình 2.