Bồn trữ lạnh là một công nghệ mới xuất hiện gần đây. Nó đáp ứng được nhu cầu cho sự quản lý năng lượng một cách linh động. Cho dù bạn là chủ của một toà nhà lớn, hiệu trưởng trường học hay giám đốc bệnh viện, thì bạn sẽ biết rằng chi phí năng lượng là một phần chính trong chi phí hàng năm va một cách nào đó khó kiểm soát được. Ngày nay, bạn có thể làm một điều gì đó để giải quyết, bạn có thể bắt đầu quản lý lại việc sử dụng năng lượng của nơi mình ở hay quản lý.
Bồn trữ lạnh cho phép bạn sản xuất lạnh khi nào thuận tiện và chi phí thấp nhất và sử dụng năng suất lạnh đó bất cứ khi nào bạn cần. Bạn sẽ nhận ra rằng bồn trữ lạnh là một phương pháp kinh tế đáng chú ý. Trong nhiều trường hợp, thay vì mua thêm nhiều thiết bị để tăng tải lạnh thì không gì khác hơn việc tốn chi phí chứ không thuân tiện hay tăng tính đa năng cho hệ thống lạnh. Thay vào đó bạn có thể thay thế dùng Bồn trữ lạnh để hệ thống của bạn vừa đỡ tốn chi phí vận hành lại không cần thêm bất cứ thiết bị nào khác ngoài nó.
Bồn trữ lạnh có thể là một bể lớn hoặc là một hệ thống bồn nhỏ được liên kết lại với nhau. Những bồn này được đổ đầy nước và bên trong là những ống trao đổi nhiệt polyethylene hoặc ống đồng. Dung dịch glycol, được làm lạnh bởi chiller ở nhiệt độ khoảng 26oF (-3,3oC) chảy bên trong ống làm cho nước bên ngoài ống đông đá. Sau đó cung cấp tải lạnh, đá có thể được làm tan chảy tuỳ theo việc cấp lạnh, dung dịch glycol chảy từ bồn trữ lạnh đến thiết bị làm lạnh (AHU, FCU) ở nhiệt độ thường là từ 34-38oF (1,1-3,3oC).
Bồn trữ lạnh thường được sử dụng để lưu trữ công suất làm mát cho điều hoà không khí của những hệ thống làm lạnh trung tâm phục vụ cho những toà nhà lớn sử dụng những chiller chạy bằng điện. Chillers thường nghỉ về đêm vì lúc đó thường không cần cung cấp tải lạnh. Khi hệ thống bồn trữ lạnh được gắn vào hệ thống thì Chillers có thể làm việc về đêm để trữ năng suất lạnh và cấp trở lại vào ban ngày khi có nhu cầu. Việc làm lạnh này có thể bổ sung hoặc thay thế hoàn toàn việc làm lạnh của Chiller vào ban ngày.
Như đã biết, chi phí cho một kWh điện phụ thuộc vào thời gian sử dụng trong ngày, tuỳ vào đó là giờ cao điểm hay thấp điểm mà giá người sử dụng phải trả cho một kWh điện tiêu thụ cao hay thấp. Do đó việc sử dụng bồn trữ lạnh để chuyển một phần hay hoàn toàn năng suất làm lạnh của Chiller vào giờ thấp điểm sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí tiền điện cho chủ đầu tư.
Ngoài ra, việc sử dụng bồn trữ lạnh thì chất tải lạnh có nhiệt độ thấp hơn khoảng 38oF(3,3oC) hay nhỏ hơn nữa thay vì với chế độ bình thường thì nhiệt độ của nó vào khoảng 44 or 45 (6,6 or 7,2oC). Điều này cho phép AHU và đường ống giảm được kích thước vì thế điện năng tiêu thụ cho quạt AHU cũng giảm theo. Kết quả là không khí lạnh hơn được cung cấp và độ ẩm thì giảm đi. Vì độ ẩm giảm nên cảm biến nhiệt có thể cài đặt hơi cao hơn so với mức cài đặt cho mức độ thoải mái thông thường. Vì thế giảm được tải lạnh. Tóm lại, kết quả cuối cùng là giảm được chi phí lắp đặt và chi phí vận hành.
Một ưu điểm nữa là bồn trữ lạnh có thể dễ dàng lắp vào một hệ thống lạnh có sẵn và rất dễ điều khiển. Thật ra có rất nhiều loại bồn trữ lạnh và mỗi loại có một đặc điểm riêng để lắp đặt và vận hành nhưng có lẽ đơn giản nhất là loại từng bồn riêng lẻ.
Có hai chế độ lắp đặt căn bản: Đầy tải và một phần tải.
- Với chế độ đầy tải, bồn trữ lạnh được cung cấp đủ tải lạnh(đủ năng suất) để đáp ứng nhu cầu tải đỉnh, và chiller chỉ chạy về đêm để cấp
lạnh làm đông nước trong bồn trữ lạnh. Ví dụ, tải lạnh tối đa cho toà nhà là 100 tấn lạnh (352kW) và toà nhà hoạt động từ 7 giờ sang đến 7 giờ tối với tải trung bình là 80%. Như vậy, nhu cầu lạnh cho một ngày làm việc 12 giờ là: 12*100*0.8 = 960 ton-giờ (3375kWh). Để nạp đủ cho bồn trữ lạnh với tải như thế thì công suất chiller cần 960/12 = 80 tons (281kW). Ưu điểm của chế độ này là chiller không phải vận hành vào giờ cao điểm, giờ mà giá điện cho một kWh rất cao.
- Với chế độ một phần tải, chiller được sử dụng để nạp vào bồn trữ lạnh chỉ một phần nhu cầu một ngày. Như thế, trong 12 giờ hoạt động, bồn trữ lạnh cung cấp một phần tải và phần còn lại thì chiller vẫn phải chạy để cung cấp. Lấy lại ví dụ trên, giả sử lắp bồn trữ lạnh để cung cấp 50% tải hay 960/2= 480 tons-giờ. Do đó ta cần công suất chiller để nạp vào buổi tối là 480/12=40 tons(140kW). Vào ban ngày, chiller này phải làm việc với công suất lớn hơn khoảng 57 tons(200kW) vì nhiệt độ đầu hút cao hơn.
Nói tóm lại bình trữ lạnh mang lại rất nhiều lợi ích thiết thực cho chủ đầu tư, cho nhà cung cấp điện và cho môi trương và xã hội.
· Đối với chủ đầu tư:
o Giảm chi phí làm lạnh đến 40% bằng cách chuyển nhu cầu làm lạnh của toà nhà sang giờ thấp điểm.
o Với chế độ trữ lạnh một phần, người thiết kế có thể giảm kích thước chiller xuống khoảng 50 đến 60% hay giảm chi phí lắp đặt.
o Giảm kích thước và chi phí của những thiết bị xử lý không khí, động cơ, đường ống và bơm đến 30%
o Việc sử dụng bồn trữ lạnh làm giảm độ ẩm không khí và kết quả là để đáp ứng được nhu cầu thoải mái của con người thì cảm biến nhiệt có thể được chỉnh cao hơn đồng nghĩa với việc chi phí vận hành giảm xuống.
o Bồn trữ lạnh có thể được lắp vào hệ thống chiller có sẵn vừa làm tăng công suất lạnh, vừa giảm chi phí làm lạnh.
· Đối với nhà cung cấp năng lượng:
o Bồn trữ lạnh giảm nhu cầu sử dụng điện vào giờ cao điểm và do đó làm tăng khả hiệu suất sản xuất điện cho nhà máy điện.
o Trong nhiều nghiên cứu cho thấy, năng điện năng được truyền tải tốt hơn vào giờ thấp điểm. Mỗi kilowatt-giờ điện sử dụng chuyển từ cao điểm sang thấp điểm sẽ làm giảm lượng nhiên liệu để sản xuất nó( khoảng 8 đến 30 phần trăm), song song với nó là việc giảm được khí thải nhà kính của nhà máy điện.
o Giảm tải đỉnh cho nhà cung cấp điện
· Đối với môi trường và xã hội:
o Bồn trữ lạnh làm cho việc tích trữ năng lượng của những nguồn năng lượng mới (năng lượng mặt trời, năng lượng gió) khả thi hơn.
o Giảm khí thải và việc sử dụng những nhà máy điện gây ô nhiễm (vì giảm được tải đỉnh)
o Giảm được nhu cầu xây thêm nhà máy điện.
o Có nhiều dạng tích trữ năng lượng nhưng bồn trữ lạnh giảm nhu cầu năng lượng giờ cao điểm và nó dự trữ cùng một dạng năng lượng cho nhu cầu, đó là làm lạnh.
o Sử dụng bình trữ lạnh giảm đựơc kích thước chiller, do đó lượng tác nhân lạnh giảm xuống, và giảm được rò rỉ của nó ra ngoài môi trường.
o Bồn trữ lạnh giảm việc tiêu thụ năng lượng 8 đến 34 phần trăm, có nghĩa là nhà máy điện sẽ giảm bớt lượng khí thải ra môi trường.
Bồn trữ lạnh cho phép bạn sản xuất lạnh khi nào thuận tiện và chi phí thấp nhất và sử dụng năng suất lạnh đó bất cứ khi nào bạn cần. Bạn sẽ nhận ra rằng bồn trữ lạnh là một phương pháp kinh tế đáng chú ý. Trong nhiều trường hợp, thay vì mua thêm nhiều thiết bị để tăng tải lạnh thì không gì khác hơn việc tốn chi phí chứ không thuân tiện hay tăng tính đa năng cho hệ thống lạnh. Thay vào đó bạn có thể thay thế dùng Bồn trữ lạnh để hệ thống của bạn vừa đỡ tốn chi phí vận hành lại không cần thêm bất cứ thiết bị nào khác ngoài nó.
Bồn trữ lạnh có thể là một bể lớn hoặc là một hệ thống bồn nhỏ được liên kết lại với nhau. Những bồn này được đổ đầy nước và bên trong là những ống trao đổi nhiệt polyethylene hoặc ống đồng. Dung dịch glycol, được làm lạnh bởi chiller ở nhiệt độ khoảng 26oF (-3,3oC) chảy bên trong ống làm cho nước bên ngoài ống đông đá. Sau đó cung cấp tải lạnh, đá có thể được làm tan chảy tuỳ theo việc cấp lạnh, dung dịch glycol chảy từ bồn trữ lạnh đến thiết bị làm lạnh (AHU, FCU) ở nhiệt độ thường là từ 34-38oF (1,1-3,3oC).
Bồn trữ lạnh thường được sử dụng để lưu trữ công suất làm mát cho điều hoà không khí của những hệ thống làm lạnh trung tâm phục vụ cho những toà nhà lớn sử dụng những chiller chạy bằng điện. Chillers thường nghỉ về đêm vì lúc đó thường không cần cung cấp tải lạnh. Khi hệ thống bồn trữ lạnh được gắn vào hệ thống thì Chillers có thể làm việc về đêm để trữ năng suất lạnh và cấp trở lại vào ban ngày khi có nhu cầu. Việc làm lạnh này có thể bổ sung hoặc thay thế hoàn toàn việc làm lạnh của Chiller vào ban ngày.
Như đã biết, chi phí cho một kWh điện phụ thuộc vào thời gian sử dụng trong ngày, tuỳ vào đó là giờ cao điểm hay thấp điểm mà giá người sử dụng phải trả cho một kWh điện tiêu thụ cao hay thấp. Do đó việc sử dụng bồn trữ lạnh để chuyển một phần hay hoàn toàn năng suất làm lạnh của Chiller vào giờ thấp điểm sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí tiền điện cho chủ đầu tư.
Ngoài ra, việc sử dụng bồn trữ lạnh thì chất tải lạnh có nhiệt độ thấp hơn khoảng 38oF(3,3oC) hay nhỏ hơn nữa thay vì với chế độ bình thường thì nhiệt độ của nó vào khoảng 44 or 45 (6,6 or 7,2oC). Điều này cho phép AHU và đường ống giảm được kích thước vì thế điện năng tiêu thụ cho quạt AHU cũng giảm theo. Kết quả là không khí lạnh hơn được cung cấp và độ ẩm thì giảm đi. Vì độ ẩm giảm nên cảm biến nhiệt có thể cài đặt hơi cao hơn so với mức cài đặt cho mức độ thoải mái thông thường. Vì thế giảm được tải lạnh. Tóm lại, kết quả cuối cùng là giảm được chi phí lắp đặt và chi phí vận hành.
Một ưu điểm nữa là bồn trữ lạnh có thể dễ dàng lắp vào một hệ thống lạnh có sẵn và rất dễ điều khiển. Thật ra có rất nhiều loại bồn trữ lạnh và mỗi loại có một đặc điểm riêng để lắp đặt và vận hành nhưng có lẽ đơn giản nhất là loại từng bồn riêng lẻ.
Có hai chế độ lắp đặt căn bản: Đầy tải và một phần tải.
- Với chế độ đầy tải, bồn trữ lạnh được cung cấp đủ tải lạnh(đủ năng suất) để đáp ứng nhu cầu tải đỉnh, và chiller chỉ chạy về đêm để cấp
lạnh làm đông nước trong bồn trữ lạnh. Ví dụ, tải lạnh tối đa cho toà nhà là 100 tấn lạnh (352kW) và toà nhà hoạt động từ 7 giờ sang đến 7 giờ tối với tải trung bình là 80%. Như vậy, nhu cầu lạnh cho một ngày làm việc 12 giờ là: 12*100*0.8 = 960 ton-giờ (3375kWh). Để nạp đủ cho bồn trữ lạnh với tải như thế thì công suất chiller cần 960/12 = 80 tons (281kW). Ưu điểm của chế độ này là chiller không phải vận hành vào giờ cao điểm, giờ mà giá điện cho một kWh rất cao.
- Với chế độ một phần tải, chiller được sử dụng để nạp vào bồn trữ lạnh chỉ một phần nhu cầu một ngày. Như thế, trong 12 giờ hoạt động, bồn trữ lạnh cung cấp một phần tải và phần còn lại thì chiller vẫn phải chạy để cung cấp. Lấy lại ví dụ trên, giả sử lắp bồn trữ lạnh để cung cấp 50% tải hay 960/2= 480 tons-giờ. Do đó ta cần công suất chiller để nạp vào buổi tối là 480/12=40 tons(140kW). Vào ban ngày, chiller này phải làm việc với công suất lớn hơn khoảng 57 tons(200kW) vì nhiệt độ đầu hút cao hơn.
Nói tóm lại bình trữ lạnh mang lại rất nhiều lợi ích thiết thực cho chủ đầu tư, cho nhà cung cấp điện và cho môi trương và xã hội.
· Đối với chủ đầu tư:
o Giảm chi phí làm lạnh đến 40% bằng cách chuyển nhu cầu làm lạnh của toà nhà sang giờ thấp điểm.
o Với chế độ trữ lạnh một phần, người thiết kế có thể giảm kích thước chiller xuống khoảng 50 đến 60% hay giảm chi phí lắp đặt.
o Giảm kích thước và chi phí của những thiết bị xử lý không khí, động cơ, đường ống và bơm đến 30%
o Việc sử dụng bồn trữ lạnh làm giảm độ ẩm không khí và kết quả là để đáp ứng được nhu cầu thoải mái của con người thì cảm biến nhiệt có thể được chỉnh cao hơn đồng nghĩa với việc chi phí vận hành giảm xuống.
o Bồn trữ lạnh có thể được lắp vào hệ thống chiller có sẵn vừa làm tăng công suất lạnh, vừa giảm chi phí làm lạnh.
· Đối với nhà cung cấp năng lượng:
o Bồn trữ lạnh giảm nhu cầu sử dụng điện vào giờ cao điểm và do đó làm tăng khả hiệu suất sản xuất điện cho nhà máy điện.
o Trong nhiều nghiên cứu cho thấy, năng điện năng được truyền tải tốt hơn vào giờ thấp điểm. Mỗi kilowatt-giờ điện sử dụng chuyển từ cao điểm sang thấp điểm sẽ làm giảm lượng nhiên liệu để sản xuất nó( khoảng 8 đến 30 phần trăm), song song với nó là việc giảm được khí thải nhà kính của nhà máy điện.
o Giảm tải đỉnh cho nhà cung cấp điện
· Đối với môi trường và xã hội:
o Bồn trữ lạnh làm cho việc tích trữ năng lượng của những nguồn năng lượng mới (năng lượng mặt trời, năng lượng gió) khả thi hơn.
o Giảm khí thải và việc sử dụng những nhà máy điện gây ô nhiễm (vì giảm được tải đỉnh)
o Giảm được nhu cầu xây thêm nhà máy điện.
o Có nhiều dạng tích trữ năng lượng nhưng bồn trữ lạnh giảm nhu cầu năng lượng giờ cao điểm và nó dự trữ cùng một dạng năng lượng cho nhu cầu, đó là làm lạnh.
o Sử dụng bình trữ lạnh giảm đựơc kích thước chiller, do đó lượng tác nhân lạnh giảm xuống, và giảm được rò rỉ của nó ra ngoài môi trường.
o Bồn trữ lạnh giảm việc tiêu thụ năng lượng 8 đến 34 phần trăm, có nghĩa là nhà máy điện sẽ giảm bớt lượng khí thải ra môi trường.
Theo Nguyễn Hồng Trường
