Một số phương pháp giúp tiết kiệm năng lượng cho phòng sạch

  • 14 Tháng 08, 2021

Có rất nhiều khu vực chúng ta có thể tiết kiệm năng lượng trong phòng sạch, chẳng hạn như hệ thống điều hòa không khí (HVAC), hệ thống khí nén và một số thiết bị khác. Vậy làm sao để tiết kiệm năng lượng ở các hệ thống này, cùng VCR tìm hiểu 10 mẹo giúp tiết kiệm năng lượng cho phòng sạch nhé.

MỤC LỤC

1. Thiết kế tốc độ gió bề mặt lọc thấp

2. Số lần thay đổi không khí

3. Hiệu suất động cơ

4. Chu trình làm lạnh nhiệt độ kép

5. Tối ưu hóa tháp giải nhiệt

6. Làm mát bằng cách tận dụng các tài nguyên “miễn phí”

7. Thu hồi nhiệt

8. Máy bơm biến tần

9. Sử dụng Máy nén ly tâm

Thiết kế tốc độ gió bề mặt lọc  thấp

    Tốc độ gió mặt cắt ngang là tốc độ không khí trong bộ phận xử lý không khí đi qua bộ lọc hoặc cuộn dây làm nóng / làm mát. Thiết kế LFV sử dụng bộ xử lý không khí lớn hơn và quạt nhỏ hơn, do đó giảm tốc độ dòng khí, giảm tiêu thụ năng lượng và tăng tuổi thọ cho thiết bị . Hầu hết các kỹ sư thiết kế bộ xử lý không khí đến 500 inch mỗi phút dựa trên "kinh nghiệm". Kiểu thiết kế này sẽ giúp tiết kiệm thời gian nhưng lại làm tăng chi phí vận hành. 

    Việc giảm áp suất quyết định sự mất mát năng lượng của quạt. Chúng ta biết rằng độ giảm áp suất tỷ lệ với bình phương của giảm tốc độ. Nếu tốc độ gió trên mặt cắt giảm 20% thì độ giảm áp suất sẽ giảm 36%; nếu tốc độ gió mặt cắt giảm đi 50% thì độ giảm áp suất sẽ giảm đi 3/4. Theo "Quy tắc hình khối", sự thay đổi trong tiêu thụ năng lượng của quạt tỷ lệ với hình khối của sự thay đổi lưu lượng. Nếu giảm lưu lượng gió đi 50% thì năng lượng tiêu thụ của quạt sẽ giảm đi 88%.

Không khí trong phòng sạch

    Do đó, các hệ thống xử lý không khí lớn hơn, bộ lọc lớn hơn khi đó chúng ta có thể đồng thời sử dụng quạt và động cơ nhỏ hơn. Quạt nhỏ sẽ tỏa ít nhiệt ra không khí, khiến cho quá trình làm mát dễ hơn. Các cuộn dây có độ dày nhỏ dễ làm sạch hơn và làm việc hiệu quả hơn, do đó nhiệt độ của nước lạnh có thể cao hơn. Bộ lọc cũng sẽ có hiệu suất làm việc tốt hơn và tuổi thọ cao hơn trong điều kiện tốc độ gió tiết diện thấp.

    Thiết kế LFV làm giảm sự sụt áp giữa không khí và nước cũng như làm giảm lượng nước cần cho cuộn dây làm mát. Thiết kế tinh gọn, hầu như không có góc nhọn, nhờ đó giảm áp suất giảm từ 10% đến 15%.

    Thiết kế LFV cũng có thể giảm điện áp xuống một phần tư. Mục tiêu là giảm tổn thất năng lượng ít nhất 25% và giảm kích thước của quạt. Phạm vi tốc độ gió mặt cắt ngang tối ưu là 250-450 ft / phút, tùy thuộc vào việc sử dụng và tiêu thụ năng lượng.

Số lần thay đổi không khí

    Phòng sạch cần duy trì một luồng không khí nhất định để duy trì độ sạch và số lượng hạt. Tốc độ dòng không khí được xác định bởi số lần thay đổi không khí mỗi giờ, nó cũng quyết định kích thước quạt, kết cấu của phòng sạch và mức tiêu thụ năng lượng. Trên cơ sở duy trì cấp độ sạch, việc giảm tốc độ dòng khí có thể giảm chi phí xây dựng và tiêu thụ năng lượng. Giảm 20% số lần thay đổi không khí có thể giảm 50% kích thước của quạt. Việc làm sạch không khí quan trọng hơn tiết kiệm năng lượng, nhưng các kết quả nghiên cứu mới nhất cho thấy có thể giảm chi phí làm sạch.

    Không có một tiêu chuẩn cũng như sự thống nhất về số lần thay đổi không khí tối ưu nhất. Nhiều nguyên tắc đã lỗi thời và việc sử dụng các bộ lọc không khí chưa mang lại hiệu quả cao. Các cuộc điều tra đã cho thấy phạm vi thay đổi không khí được khuyến nghị cho các phòng sạch theo tiêu chuẩn ISO cấp độ 5 là từ 250 đến 700 hoặc hơn.

Số lần thay đổi không khí là một thông số quan trọng

    Một phòng thí nghiệm quốc gia ở Hoa Kỳ đang xác định tiêu chuẩn phòng sạch ISO cấp độ 5. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng số lần thay đổi không khí thực tế dao động từ 90 đến 250, thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn quy trình vận hành và sẽ không ảnh hưởng đến sản xuất và độ sạch. Do đó, số lần thay đổi không khí trong phòng sạch ISO Class 5 được khuyến nghị là khoảng 200 và giới hạn trên bảo toàn là 300.

Xem thêm: Số lần thay đổi không khí trong phòng sạch

Hiệu suất động cơ

    Các động cơ tiêu thụ phần lớn năng lượng điện trong phòng sạch. Vì phải chạy liên tục hàng tháng nên chúng tiêu tốn rất nhiều điện năng. Nếu nâng cao hiệu quả và điều chỉnh kích thước phù hợp, sau khi tân trang, hiệu quả kinh tế sẽ tốt hơn nhiều. Một vài điểm phần trăm tăng hiệu quả có thể làm tăng lợi nhuận.

Chu trình làm lạnh nhiệt độ kép

    Hệ thống lạnh thường được thiết kế để chịu tải tối đa, bất kể tải tối đa có xảy ra thường xuyên hay không. Nhiệt độ của nước lạnh trong chu trình làm lạnh được xác định bởi tải nhiệt cực hạn, chỉ chiếm một phần nhỏ trong tất cả các tải, đây chỉ là một hoặc hai trong số nhiều tình huống. Nó sẽ dẫn đến công suất lạnh dư thừa và hoạt động kém hiệu quả trong điều kiện có tải. Khi nhiệt độ của nước lạnh cung cấp thấp, hiệu suất làm việc của tủ lạnh cũng sẽ thấp. Trung bình, mỗi lần tăng nhiệt độ của nước thêm một độ F sẽ làm tăng hiệu suất của máy làm lạnh hơn một điểm phần trăm. Nếu chia tải và cung cấp hai nguồn nước lạnh ở nhiệt độ khác nhau thì hiệu quả công việc sẽ cao hơn. Nhà thiết kế có thể sử dụng các đường ống tuần hoàn song song để chia chúng thành hai hệ thống con, để tủ lạnh có thể làm việc trong điều kiện tương đối ít khắc nghiệt hơn khi yêu cầu công suất làm lạnh tối đa.

chu trình làm lạnh hvac phòng sạch

Chu trình làm lạnh của hệ thống HVAC

    Các nhà thiết kế có thể sử dụng các đường ống tuần hoàn song song để chia chúng thành hai hệ thống con. Khi cần công suất làm lạnh tối đa, tủ lạnh có thể hoạt động trong điều kiện tương đối ít khắc nghiệt hơn. Tủ đông đặc biệt được sử dụng cho các chu kỳ nhiệt độ trung bình (ví dụ: 55 ° F đến 65 ° F). Hoạt động của nó được tối ưu hóa cho nhiệt độ của nước lạnh và có thể đáp ứng hầu hết các nhu cầu của nhà máy. Sử dụng một tủ đông hiệu suất cao khác, nhỏ hơn, cung cấp chu kỳ nhiệt độ thấp hơn (ví dụ: 39 ° F đến 43 ° F), có thể đáp ứng những đòi hỏi của tải.

    Giải pháp này có thể nhanh chóng tăng hiệu suất của toàn bộ thiết bị làm lạnh lên 25% hoặc hơn. Đối với tủ lạnh có cùng dung tích, hoạt động ở nhiệt độ cao sẽ ít tốn kém hơn nhiều so với hoạt động ở nhiệt độ thấp.

Tối ưu hóa tháp giải nhiệt

    Tháp giải nhiệt hiệu suất cao sẽ cải thiện hiệu suất của máy làm lạnh bằng cách giảm nhiệt độ cung cấp nước ngưng tụ. Tất cả các Tháp giải nhiệt nên hoạt động song song, làm mát bằng bay hơi trong trường hợp diện tích bề mặt tăng lên, nhưng hiệu quả là tối ưu.

    Đối với mỗi tấn nước lạnh đầu ra từ máy làm lạnh, một tháp giải nhiệt điển hình cần 100 watt năng lượng. Hiệu quả có thể được tăng lên đến mười lần, chẳng hạn như áp dụng đầu vào gần hơn, chênh lệch nhiệt độ đầu ra, thiết kế luồng không khí hiệu quả hơn, quạt chất lượng cao và hiệu quả với động cơ truyền động tốc độ thay đổi, giảm chiều cao để hạn chế đầu bơm và tăng diện tích làm đầy (chọn loại lớn tháp kích thước) v.v.

    Tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của không khí bên ngoài cũng như nhiệt độ cung cấp của nước làm mát, sự chênh lệch nhiệt độ này là khác nhau và cần được kiểm soát trong khoảng từ 3 ° F đến 5 ° F.

tháp giải nhiệt

Tháp giải nhiệt

    Tất cả các Tháp giải nhiệt nên hoạt động song song để đạt được hiệu quả làm mát bay hơi tốt nhất khi diện tích bề mặt tăng lên.

    Nhiều nhà máy cần sử dụng tháp nhiều tầng, quạt một tốc độ hoặc hai tốc độ và chia tháp thành các tầng khác nhau. Một tháp chạy ở tốc độ tối đa cho đến khi tải vượt quá khả năng của nó, sau đó tháp kia được bật và hoạt động ở trạng thái công suất thấp hơn hoặc cao hơn. Giải pháp này có thể gây ra những thay đổi lớn và gia tăng trọng tải của Tháp giải nhiệt, thường xuyên giảm xuống dưới hoặc vượt quá giá trị định mức yêu cầu, dẫn đến tình trạng tiêu thụ năng lượng răng cưa và làm giảm hiệu suất của tủ lạnh.

    Do đó, tất cả các Tháp giải nhiệt nên hoạt động song song để đạt được hiệu quả làm mát bay hơi tốt nhất khi diện tích bề mặt tăng lên. Nếu có nhiều tháp làm việc ở tốc độ thấp, bộ truyền động tốc độ thay đổi được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của quạt, bộ truyền động này sẽ được điều chỉnh khi tải thay đổi. Theo "luật khối", các quạt có thể tiết kiệm năng lượng ở tốc độ thấp hơn.

Làm mát bằng cách tận dụng các tài nguyên “miễn phí”

    Sử dụng không khí bên ngoài để làm mát là phương án kinh tế và được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà thương mại. Và nó cũng có thể là một giải pháp làm mát “miễn phí" khác thích hợp cho các hệ thống yêu cầu nước lạnh liên tục và cuộn dây quạt, chẳng hạn như phòng sạch.

    Công nghệ làm lạnh sử dụng trực tiếp tháp giải nhiệt trong môi trường nhiệt độ thấp hoặc độ ẩm thấp để tạo ra nước lạnh, giảm hoặc thay thế việc sử dụng thiết bị làm lạnh. Theo sự thay đổi của thời tiết, việc sử dụng hệ thống làm mát tự do có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống làm mát xuống 1/10 (từ 0,5 kW / tấn xuống 0,05 kW / tấn).

không khí bên ngoài

Không khí bên ngoài giúp tiết kiệm năng lượng làm mát

    Trao đổi nhiệt trực tiếp với tải quá trình cho phép công nghệ làm mát tự do sử dụng nhiệt độ cao hơn bên ngoài khí quyển, mất nhiều giờ hơn so với thời gian trao đổi nhiệt được sử dụng trong hệ thống trao đổi nhiệt cấp hai hoặc cấp ba. Chênh lệch nhiệt độ giữa nước làm mát và nước ngưng tụ được phân tách bởi bộ trao đổi nhiệt dạng tấm là rất gần nhau (ví dụ, chỉ 2 ° F). Khi nhiệt độ và độ ẩm khá thấp, tháp giải nhiệt có thể hoạt động độc lập mà không cần quạt. 

Thu hồi nhiệt

    Nhiều nhà máy sứ mệnh tiêu tốn nhiều năng lượng để sản xuất nhiệt, đồng thời tiêu tốn nhiều năng lượng hơn để loại bỏ nhiệt "thải" ra khỏi quá trình, nhưng không kết hợp được hai quá trình này. Nhiệt thu hồi có thể được sử dụng để làm nóng trước không khí trong lành, làm nóng không khí cấp và một số mục đích khác. Cuộn dây làm nóng sơ bộ AHU có thể sử dụng nước thải để làm nóng không khí bên ngoài (nó cũng có thể được làm lạnh sơ bộ khi thời tiết nóng).

    Cuộn dây làm nóng có thể thu hồi nhiệt thải từ nước hồi của máy nén khí hoặc bình ngưng của tủ đông, đồng thời tiết kiệm năng lượng tủ đông và nhiên liệu lò hơi. Bộ trao đổi nhiệt có thể trao đổi nhiệt giữa các phương tiện khác nhau mà không thể trộn lẫn hoặc tiếp xúc trực tiếp.

Máy bơm biến tần

    Trước đây, các thiết bị trang bị bộ biến tần thường bị lỗi và điều khiển phức tạp nên nhiều kỹ sư và nhà quản lý không muốn sử dụng chúng nữa. Chất lượng quan trọng hơn tiết kiệm năng lượng, và bộ biến tần cũ có chất lượng kém. Trong mười năm qua, chất lượng của bộ truyền động tần số biến đổi đã được cải thiện đáng kể và giá thành cũng giảm xuống. Vì vậy nhiều hệ thống quan trọng hiện đang sử dụng biến tần.

    Việc sử dụng biến tần trong nhiều hệ thống và nhiều loại máy bơm khác nhau trong phòng sạch sẽ an toàn và tiết kiệm chi phí hơn. 

    Lưu lượng của hệ thống bơm nước lạnh và nước ngưng rất khác nhau, và hệ thống nước lạnh và nước ngưng có yêu cầu lưu lượng tối thiểu, về cơ bản là từ 50% đến 75%. Theo "Quy tắc lập phương", khi giảm lưu lượng dù chỉ ở mức nhỏ cũng sẽ dẫn đến tiết kiệm năng lượng đáng kể. Lưu lượng giảm 20% sẽ dẫn đến giảm gần 50% công suất máy bơm.

máy bơm biến tần

Một loại máy bơm biến tần

    Hầu hết các hệ thống nước lạnh được biết đến đều sử dụng thiết kế lưu lượng không đổi của bơm chính / thiết kế lưu lượng thay đổi của bơm thứ cấp và bơm thứ cấp được điều khiển bởi tần số thay đổi. Khi sử dụng biến tần, tất cả nước lạnh phải sử dụng van hai chiều, nếu không sẽ làm mất ý nghĩa của việc sử dụng bơm biến tần.

    Khi xây dựng nhà máy mới, hãy sử dụng hệ thống bơm sơ cấp có lưu lượng thay đổi, loại bỏ nhu cầu sử dụng bơm thứ cấp, tiết kiệm chi phí kỹ thuật. Nếu hoạt động đúng, hệ thống đơn giản và đáng tin cậy này có thể tiết kiệm rất nhiều năng lượng bằng cách thay đổi lưu lượng nước lạnh trong máy làm lạnh. Công nghệ này được quảng bá rộng rãi bởi các nhà cung cấp tủ lạnh và các hiệp hội nghề nghiệp khác nhau, chẳng hạn như ASHRAE.

Sử dụng Máy nén ly tâm

    Sự cải tiến của máy nén khí giúp tiết kiệm rất nhiều năng lượng. Máy nén ly tâm không dầu và hiệu quả hơn nhiều so với máy nén trục vít. Tuy nhiên, máy nén ly tâm không thể chạy không tải, tức là, điều kiện tải thấp cực kỳ bất lợi cho hoạt động của máy ly tâm (> 30%), điều này làm cho chúng hoạt động rất kém hiệu quả trong điều kiện tải thấp. Cách hiệu quả và tiết kiệm nhất là sử dụng kết hợp giữa máy nén khí ly tâm và trục vít. Chọn một thiết bị ly tâm để đáp ứng tải cơ bản, sau đó sử dụng thiết bị loại trục vít nhỏ hơn để đáp ứng tải cao nhất. Bộ phận máy nén nên được trang bị hệ thống thu hồi nhiệt.

    Một giải pháp khác là sử dụng máy nén ly tâm hiệu suất cao làm thiết bị cung cấp khí nén lớn cho toàn bộ nhà máy, một bể chứa khí mở rộng và các đường ống kết nối làm bộ đệm. Nó có thể đảm bảo rằng toàn bộ nhà máy duy trì tải liên tục, giảm tổn thất thiết bị do xếp dỡ và giảm lãng phí năng lượng.
 

Bài viết mới nhất