Khóa học thiết kế hệ thống HVAC
28/11/2024 17 Buổi Chủ Nhật - Thứ 5
ĐĂNG KÝ23/04/2024
Hệ số COP (Coefficient of Performance) trong các thiết bị HVAC như máy lạnh, bơm nhiệt, tủ lạnh… là giá trị dùng để đánh giá mức hiệu quả năng lượng làm lạnh hoặc sưởi của các thiết bị HVAC.
Chúng ta cùng xem qua 2 ví dụ về tính COPR và COPH qua hình ảnh bên dưới.
Như vậy COP như 1 tiêu chí để so sánh đánh giá mức độ hiệu quả về việc tiêu thụ điện năng của 1 thiết bị điều hòa hãng này so với các hãng khác ở cùng dải công suất.
Ví dụ: Để so sánh máy lạnh inverter có dải công suất 2HP hãng A và hãng B về mức độ hiệu quả tiêu thụ điện năng ta thực hiện như sau:
Từ catalogue hãng A và B ta liệt kê các thông số công suất lạnh và điện năng tiêu thụ là:
• Hãng A: Công suất lạnh 5.0 kW; Công suất điện tiêu thụ 1.14 kW
• Hãng B: Công suất lạnh 5.0 kW; Công suất điện tiêu thụ 1.19 kW
Cách tính:
• COP hãng A = 5.0 / 1.14 = 4.38
• COP hãng B = 5.0 / 1.19 = 4.20
Từ kết quả trên ta thấy hãng A với việc tạo ra năng suất lạnh 5.0 kW chỉ tiêu tốn 1.14 kW điện trong khi hãng B để tạo năng suất lạnh 5.0 kW phải tiêu tốn 1.19 kW điện. Như vậy với sự so sánh trên chỉ số COP máy lạnh hãng nào cao hơn sẽ có mức hiệu quả tiêu thụ năng lượng tốt hơn hay còn gọi là tiết kiệm điện tiêu thụ hơn.
Tuy nhiên đây chỉ là sự so sánh ở góc độ sử dụng năng lượng điện tiêu thụ của thiết bị. Trong thực tế để so sánh 2 thiết bị với nhau để đưa ra quyết định chọn lựa còn phải căn cứ nhiều yếu tố khác như chi phí đầu tư ban đầu, tuổi thọ thiết bị, kích thước, độ ồn, tiêu chí kỹ thuật, các tính năng sử dụng, tính thẩm mỹ, dịch vụ hỗ trợ chăm sóc…
Các chỉ số COP sẽ được quy định cụ thể theo từng loại hệ thống lạnh khác nhau.
Các bạn có thể tìm đọc các giá trị COP cụ thể từ trong QCVN 09:2017/BXD – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả hoặc có thể tham khảo tiêu chuẩn ASHRAE 90.1 của Mỹ. Đây cũng là cơ sở cho việc đánh giá chọn lựa thiết bị điều hòa không khí của các hãng trong quá trình thiết kế hệ thống.
Hệ số EER (Energy Efficiency Ratio) tương tự như hệ số COP cũng là giá trị dùng để đánh giá mức hiệu quả năng lượng làm lạnh của các thiết bị HVAC. Tuy nhiên năng suất lạnh hữu ích tính toán trong công thức sẽ là BTU/h.
• EER = COP x 3.413
• Ngược lại: COP = EER x 0.293
Hệ số IPLV (Integrated Part-Load Value) là hệ số chạy non tải tích hợp được mô tả chi tiết từ tiêu chuẩn AHRI Standard 550/590 của Mỹ. Chúng được dùng để đánh giá về mức hiệu quả năng lượng làm lạnh/ sưởi của thiết bị theo các % tải hoạt động khác nhau.
Nói một cách dễ hiểu hơn khi dùng COP để đánh giá hiệu quả năng lượng của thiết bị thì nó chỉ phản ánh được thiết bị hoạt động ở 100% tải. Trong khi chu kỳ hoạt động của thiết bị trong hệ thống lạnh/ sưởi sẽ tùy thuộc vào nhiều mức độ % hoạt động tải khác nhau của thiết bị theo từng điều kiện nhiệt độ môi trường khác nhau trong năm theo từng công trình cụ thể.
Do đó để đánh giá thiết bị trong hệ thống người ta sử dụng hệ số IPLV thay vì COP.
Hệ số IPLV tiêu chuẩn được tính toán như sau:
IPLV = 0.01A + 0.42B + 0.45C + 0.12D (kW/kW)
Trong đó A, B, C, D là COP tương ứng ở 100%, 75%, 50%, 25% tải.
Từ công thức trên cho thấy trong tổng thời gian 1 năm hoạt động của thiết bị thì hệ thống chỉ chạy đầy tải (100% tải) chiếm 1% số giờ hoạt động, tương ứng chiếm 42%, 45% và 12% là các mức độ tải 75%, 50%, 12%.
Hệ số NPLV (Non-Standard Part-Load Value) là hệ số tương tự như IPLV nhưng NPLV biểu diễn cho việc tính toán ở các điều kiện khí hậu khác so với IPLV.
• Đầu tiên chúng ta cần biết công thức IPLV được xây dựng phân tích dựa trên số liệu khí hậu của 29 thành phố trên toàn lãnh thổ Hoa Kỳ có chiller vận hành trong vòng 25 năm. Điều kiện phân tích áp dụng này được gọi là điều kiện tiêu chuẩn theo công thức IPLV.
• Trong công thức IPLV thì nhiệt độ nước lạnh đi ra 6.7 oC, nhiệt độ nước giải nhiệt đi vào là 29.4 oC (100 % tải – A), 23.9 oC (75 % tải – B), 18.3 oC (50 % tải – C) và 18.3 oC (25 % tải – D)
• Đối với các khu vực khác nhau trên thế giới thì các điều kiện nhiệt độ sẽ khác nhau dựa theo khí hậu từng khu vực cụ thể từ đó có được % tỷ trọng thời gian hoạt động trong năm tương ứng.
• Dựa vào những sự khác nhau đó người ta thay đổi các hệ số % tỷ trọng thời gian từ công thức IPLV thành NPLV cho phù hợp.
• Dựa theo bài báo phân tích tổng hợp dữ liệu cho nhiều thành phố thuộc nhiều quốc gia được đăng trên tạp chí kỹ thuật ASHRAE với các thông số tỷ trọng thời gian cho hệ số IPLV đối với hệ thống với 2 chiller như sau:
Dựa theo bảng thông số ta sẽ có công thức NPLV cho TP. Hồ Chí Minh và TP. Hà Nội như sau:
• TP. Hồ Chí Minh: NPLV = 0.97A + 0.03B (kW/kW)
• TP. Hà Nội: NPLV = 0.69A + 0.15B + 0.02C + 0.13D (kW/kW)
Chỉ sổ COP, EER, IPLV/NPLV được xem như là các tiêu chí kỹ thuật để đánh giá so sánh hiệu quả năng lượng của các thiết bị với nhau.
Đối với IPLV/NPLV không dùng so sánh cho các thiết bị khác nhau về phương pháp khởi động, chúng chỉ phù hợp khi so sánh đánh giá giữa các thiết bị có cùng phương pháp khởi động ví dụ như VSD và VSD.
Không nên dùng IPLV/NPLV để phân tích tính toán chi tiết năng lượng tiêu thụ của hệ thống HVAC mà phải phân tích toàn diện dựa trên các tác động thực tế của dự án như thời tiết, đặc tính tải sử dụng của tòa nhà, khả năng tối ưu hóa năng lượng vận hành từ các thiết bị trong hệ thống như bơm, quạt, tháp giải nhiệt, bộ trao đổi nhiệt…
Qua bài viết này mình hy vọng đã giúp được các bạn kỹ sư cơ điện có cái nhìn tổng quát và rõ nét nhất đối với các hệ số đánh giá năng lượng thiết bị và rất mong nhận được sự hưởng ứng tích cực từ các bạn.
Để tìm hiểu sâu hơn về các hệ số hiệu quả năng lượng, các bạn có thể tham khảo thêm các tiêu chuẩn nước ngoài như AHRI/ASHRAE hoặc các tài liệu đã được phân tích từ các hãng máy lạnh nổi tiếng như Trane, Carrier, Daikin…