CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài: Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước và nhu cầu tiêu dùng về sức khỏe và mức sống ngày càng cao , ngành điều hòa không khí cũng đã có những bước phát triển vượt bậc và ngày càng trở nên quen thuộc trong đời sống và sản xuất, Việt Nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm. Vì vậy điều hòa không khí và thông gió có ý nghĩa vô cùng to lớn với đời sống con người. Ngày nay khi mà điều hòa trở thành điều không thể thiếu đối với các tòa nhà văn phòng, khách sạn, nhà hàng, dịch vụ du lịch,. Điều đó cho thấy năng lượng sử dụng để giúp điều hòa là rất đáng kể, vì thế việc tiết kiệm năng lượng cho điều hòa không khí là rất quan trọng hiện nay.Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến COP để tìm ra các giải pháp tối ưu cho vấn đề tiết kiệm năng lượng cho điều hòa không khí là không thể thiếu cho hiện nay.2 Tính cấp thiết của đề tài: Các nghiên cứu cải thiện vấn đề tiết kiệm năng lượng để tìm ra các giải pháp tối ưu với vấn đề này là vấn đề cấp thiết trong lĩnh vực điều hòa không khí hiện nay.
Mặc dù các nghiên cứu có tìm ra các yếu tố để làm giải pháp cho vấn đề tiết kiệm năng lượng nhưng chưa thực sự tối ưu vì chưa đưa ra được các phương pháp hay công cụ nào có thể phân tích dữ liệu rõ ràng.3 Lý do chọn đề tài: Theo sự phát triển vượt bật của khoa học đất nước trở nên hiện đại hóa .Với mức điện năng tiêu thụ càng ngày càng cao kèm theo đó nhiệt độ cũng có nhiều biến động .với mức điều kiện sống ngày càng một tăng việc sử dụng máy điều hòa không khí cũng phát triển vượt bật .Để sử dụng máy lạnh một cách hợp lý hiệu quả tối ưu nhất đồng tìm cách tiết kiệm điện năng để làm tăng chất lượng cuộc sống .Đề tài nhóm chúng em lựa chọn được tiến hành trong một phòng nhỏ hẹp phù hợp với các căn hộ gia đình,văn phòng nhỏ ,chung cư nhỏ ,. phù hợp với mức sống gia đình của người dân hiện nay Vì vậy nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến COP cũng như là tiêu thụ điện năng của máy điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường ” 1 1.4 Mục đích Việc quan tâm đến các yếu tố ảnh hưởng đến COP cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng năng lượng của máy điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường. Nhóm em mong muốn sẽ xây dựng được một công cụ để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng năng lượng rõ ràng hơn và các yếu tố ảnh hưởng đến việc này để nhằm mục đích góp phần tiết kiệm năng lượng , sử dụng năng lượng một cách hiệu quả và tối ưu nhất .5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Công trình là một phòng lab ở xưởng Nhiệt của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM,với các kích thước phòng dài 6,6 m, rộng 3,2m , cao 2 m. Được lắp đặt máy điều hòa không khí của Daikin công suất 2HP sử dụng Gas R22, nguồn điện 1 pha 220V-240V 50Hz với công suất tiêu thụ điện 5kW.
Nhóm em tập trung nghiên cứu 5 yếu tố: nhiệt độ (21-22-23 °C), tốc độ quạt dàn lạnh (1- 3-5), điều kiện giải nhiệt thiết bị ngưng tụ (giải nhiệt bình thường, giải nhiệt bằng sử dụng nước ngưng rưới lên tấm coolpad hay giải nhiệt bằng rưới trực tiếp nước ngưng lên dàn nóng) ,số lượng người trong phòng (2-4-6 người ) và các khung giờ cố định trong ngày (7-10 giờ , 12-15 giờ , 17-20 giờ ) 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Cơ sở nghiên cứu trong và ngoài nước 2.1 Nghiên cứu trong nước a) Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ gió dàn ngưng đến hiệu quả năng lượng máy lạnh chiller Bài nghiên cứu mang tên “Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ gió dàn ngưng đến hiệu quả năng lượng máy lạnh chiller”[2] được thực hiện bởi Phan Thị Thu Hường, Hoàng Hồng Mai và Lại Ngọc Anh của trường Đại học Bách khoa Hà Nội.1 Sơ đồ nguyên lý và bố trí thí nghiệm Thu thập các thông số sau khi tiến hành thực nghiệm Bảng 2.1 Thông số nhiệt động tại các điểm đặc trưng Thông số Đơn vị Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Điểm 5 Nước lạnh Nhiệt độ 0 C 1,40 78,26 47,35 46,66 4,17 6,81 Áp suất Kpa 289 1339 1260 Entanpi kJ/kg 400 455,5 266,5 3 Hình 2.2 Quan hệ giữa áp suất ngưng tụ của môi chất và tốc độ gió giải nhiệt Hình 2.3 Quan hệ giữa độ quá lạnh môi chất sau dàn ngưng và tốc độ gió giải nhiệt Công thức thể hiện quan hệ đối với hiệu quả biến đổi năng lượng và tốc độ gió với hệ số tương quan 𝑅2 = 0.4 Quan hệ giữa vận tốc gió vào dàn ngưng và hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình Nhận xét : khi tốc độ gió tăng, độ quá lạnh tăng , áp suất ngưng tụ của môi chất giảm, từ đó làm tăng hệ số COP của chu trình .Thể hiện được sự ảnh hưởng của yếu tố tốc độ gió tác động đến hệ số COP b)Nghiên cứu hệ thống lạnh tiết kiệm năng lượng Một bài báo khác trong nước thể hiện rõ sự quan trọng của những thiết bị trong việc tính toán hiệu quả của việc tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh, đó là “Nghiên cứu tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh” của tác giả Hoàng Thành Đạt. Nội dung của bài viết này chủ yếu phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số COP của hệ thống lạnh, và đưa ra các ví dụ, minh chứng cũng như đưa ra cách khắc phục, cải thiện để tối ưu hệ thống rất rõ ràng. Chu trình làm lạnh nào có COP càng lớn thì chu trình đó làm việc càng hiệu quả, hay nói cách khác là chu trình sử dụng năng lượng càng hiệu quả. Đầu tiên là về máy nén, bộ phận quan trọng nhất đối với một hệ thống lạnh.
Bài viết chỉ ra rằng nếu chọn động cơ có công suất động cơ quá lớn (hiệu suất máy thấp hơn 50% tải định mức) dẫn tới tăng giá thành, giảm hiệu suất truyền động và giảm hệ số công suất, và ngược lại. Ví dụ thực tiễn của bài đã cho ta thấy khi chọn máy có công suất phù hợp thì sẽ tiết kiệm được khoảng 0,491 kW. 5 Điều kiện môi trường giải nhiệt và chất giải nhiệt sẽ ảnh hưởng quyết định đến nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống lạnh. Nhiệt độ ngưng tụ càng thấp thì hiệu quả làm lạnh càng cao.
Nếu nhiệt độ ngưng tụ giảm 1ºC thì năng lượng tiêu tốn giảm 2 - 3%. Môi trường giải nhiệt và chất giải nhiệt sẽ ảnh hưởng quyết định đến nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống lạnh. Ứng với nhiệt độ ngưng tụ tk, hơi tác nhân lạnh sẽ ngưng tụ ở áp suất ngưng tụ pk xác định. Nếu chúng ta có thể giảm được nhiệt độ ngưng tụ, áp suất ngưng tụ cũng giảm theo, dẫn đến làm tăng hiệu quả của làm lạnh và giảm công của máy nén.
Tức là hiệu suất của hệ thống lạnh tăng và hệ thống sử dụng ít điện năng hơn. Tuy nhiên nhiệt độ này lại bị giới hạn nhiệt độ của môi trường. Do đó trong quá trình vận hành cần phải giảm nhiệt độ ngưng tụ càng thấp càng tốt và luôn giữ ở giá trị tối ưu. Bài viết đã chứng minh rằng nếu nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống giảm xuống, áp suất ngưng tụ của hệ thống sẽ giảm theo, thông qua ví dụ của bài hệ số làm lạnh của COP của hệ thống lạnh tăng 12%.
Trên thực tế, năng lượng tiêu tốn của hệ thống lạnh sẽ giảm khoảng 2% nếu nhiệt độ ngưng tụ giảm 1ºC, ta nhận thấy năng suất lạnh của chu trình mới lớn hơn chu trình cũ và công nén của chu trình mới nhỏ hơn chu trình cũ, do đó COP’ > COP. Lựa chọn thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh. Tăng nhiệt độ bay hơi sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh. Nếu chúng ta có thể tăng nhiệt độ bay hơi, áp suất bay hơi của hệ thống lạnh sẽ tăng theo, dẫn đến việc tăng hiệu quả làm lạnh và giảm công của máy nén.
Tức là nếu có thể tăng được nhiệt độ bay hơi hiệu suất của hệ thống lạnh tăng và như vậy hệ thống sử dụng ít điện năng hơn. Bài viết đã chứng minh rằng nếu nhiệt độ bay hơi của hệ thống được tăng lên, áp suất hơi khi đó hệ thống làm việc với chu trình mới với công nén của chu trình cũ lớn hơn công nén của chu trình mới, vì vậy COP’ > COP. Khi tăng áp suất bay hơi (tăng nhiệt độ) sẽ tăng hiệu suất của hệ thống, công của máy nén giảm và hiệu quả làm lạnh của hệ thống tăng lên, điều này được minh chứng thông qua ví dụ của bài, hệ số làm lạnh của COP của hệ thống lạnh tăng 10,5%. Nghiên cứu chỉ ra, trên thực tế, năng lượng tiêu tốn cho hệ thống lạnh giảm khoảng 1 – 1,5% nếu nhiệt độ bay hơi tăng lên 10ºC.
Những biện pháp nhằm tăng nhiệt độ bay hơi của hệ thống lạnh. Nhiệt độ bay hơi có thể giữ ở mức cao nhất có thể giảm tiêu thụ năng lượng[3].2 Nghiên cứu nước ngoài Trên thế giới có rất nhiều bài báo phân tích về hiệu suất năng lượng của hệ thống điều hòa không khí như bài “Technical and Economic Analysis of Energy Efficiency of Chinese Room Air Conditioners” của David Fridley và đồng nghiệp, nghiên cứu này đưa ra các số liệu thống kê về sự phổ biến của việc sử dụng điều hòa ở một số vùng của Trung Quốc và chỉ ra các yếu tố làm ảnh hưởng đến chỉ số năng lượng của hệ thống điều hòa không khí từ đó đưa ra hướng giải quyết trong thiết kế, lắp đặt cũng như việc sử dụng chúng. Bên cạnh đó bài báo còn đề cập đến tiềm năng kinh tế to lớn của lĩnh vực này trong tương lai không xa[4]. Ở một trường hợp khác, bài báo “Analysis of decision-making for air conditioning users based on the discrete choice model” của Jingjie Wang và đồng nghiệp (2021), đề cập đến việc sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tìm ra yếu tố ảnh hưởng đến một sản phẩm hay một chỉ số nào đó phụ thuộc vào các yếu tố[5].
Ở một nghiên cứu khác về “Performance testing and optimization of a split-type air conditioner with evaporatively-cooled condenser” của Ibrahim Atmaca (2022) cũng đã nghiên cứu về hiệu suất của máy điều hòa.