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.
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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 (<100 OC) có ở mọi nơi với gradient địa nhiệt trung bình 1 OC/33 m độ sâu khó tìm các ứng dụng thực tế.
Lĩnh vực ứng dụng địa nhiệt nhiệt độ thấp đã đƣợc các nhà khoa học và công nghệ tìm thấy trong những năm gần đây. Đó là ứng dụng cho điều hòa không khí trong các khu nhà cao tầng. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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.