Tiết kiệm năng lượng là việc sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả. Việc tiết kiệm năng lượng được chia thành 2 loại hình cơ bản là: Tiết kiệm năng lượng chủ động: Tiết kiệm năng lượng chủ động là việc thông qua sự đo lường, giám sát và kiểm soát mức độ sử dụng năng lượng để thực hiện những thay đổi thường xuyên mang tính chủ động để tiết kiệm năng lượng. Tiết kiệm năng lượng thụ động: Tiết kiệm năng lượng thụ động là việc triển khai các biện pháp tiết kiệm như sử dụng các thiết bị tiết kiệm điện, tắt điện khi không sử dụng,... Trong đó tiết kiệm năng lượng chủ động thường sử dụng ở những khu vực quy mô lớn như các nhà máy, công xưởng,... Việc tiết kiệm năng lượng sẽ giúp đơn vị giảm tải khá nhiều chi phí phải chi trả. Và tiết kiệm năng lượng thụ động được sử dụng chủ yếu ở các hộ gia đình, khi con người có ý thức cần tiết kiệm điện cũng như tiết kiệm năng lượng, tài nguyên.
TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG
Tổn thất năng lượng tại Mỹ
Theo báo cáo Energy Loss Reductionand Recoveryin Industrial EnergySystems của “U.S Department of Energy Office of Energy Efficiency and Renewable Energy
Industrial Technologies Program” thì tổn thất năng lượng tại một số lĩnh vực công nghiệp tại Mỹ được thống kê năm 2004 như sau:
Hình 1 Tổn thất năng lượng trong các ngành công nghiệp của Mỹ năm 2004.
Biểu đồ cho thấy ngành công nghiệp lọc dầu, hóa chất và chế biến sản phẩm từ rừng có mức tiêu thụ và tổn thất năng lượng cao nhất Tiếp theo là ngành luyện kim, sản xuất thực phẩm và xi măng.
Biểu đồ cho thấy hầu hết các ngành công nghiệp đều có tỷ lệ tổn thất năng lượng cao hơn 25%, cho thấy sự lãng phí trong việc sử dụng năng lượng Điều này cũng chỉ ra rằng tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các ngành này là rất lớn.
Tổn thất năng lượng tại Việt Nam
Để sản xuất 1.000 USD GDP, Việt Nam cần tiêu tốn khoảng 600 kg dầu quy đổi, cao hơn 1,5 lần so với Thái Lan và gấp 2 lần mức trung bình toàn cầu Điều này đặt Việt Nam trước nguy cơ phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu Mặc dù được thiên nhiên ưu đãi với đa dạng nguồn tài nguyên năng lượng, khả năng khai thác, chế biến và sử dụng năng lượng của Việt Nam vẫn còn hạn chế, theo Bộ trưởng Công thương.
Giai đoạn 2010-2020, Việt Nam đối mặt với sự mất cân đối giữa cung và cầu năng lượng nội địa, dẫn đến việc chuyển từ nước xuất khẩu sang nước nhập khẩu năng lượng Sự phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu ngày càng gia tăng, ảnh hưởng đến an ninh năng lượng quốc gia.
Tình trạng lãng phí năng lượng ở Việt Nam đang ở mức báo động, với hiệu suất sử dụng năng lượng trong các nhà máy điện đốt than và dầu chỉ đạt 28-32%, thấp hơn 10% so với các nước phát triển Ngoài ra, hiệu suất các lò hơi công nghiệp chỉ khoảng 60%, kém hơn 20% so với mức trung bình toàn cầu.
Theo Bộ Công thương, cường độ năng lượng trong công nghiệp của Việt Nam cao hơn Thái Lan và Malaysia khoảng 1,5-1,7 lần, nghĩa là để sản xuất cùng một giá trị sản phẩm, Việt Nam phải tiêu tốn năng lượng gấp 1,5-1,7 lần Hơn nữa, tỷ lệ tăng trưởng nhu cầu năng lượng so với tăng trưởng GDP của Việt Nam đạt 2 lần, trong khi ở các nước phát triển, tỷ lệ này thường dưới 1.
Nguyên nhân chính gây lãng phí và sử dụng không hiệu quả năng lượng bao gồm công nghệ lạc hậu, thường xuyên bị cắt giảm điện, và hệ thống thiết bị cùng đường dây truyền tải đã cũ kỹ chưa được nâng cấp Hơn nữa, mục tiêu sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả chưa được xác định đúng mức độ quan trọng, cùng với công tác quản lý năng lượng còn nhiều bất hợp lý.
Bộ Công thương cho biết, tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các ngành công nghiệp như sản xuất xi măng, thép, sành sứ và đông lạnh có thể vượt quá 20% Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và giao thông vận tải, tiềm năng này có thể đạt trên 30% Ngoài ra, khu vực sinh hoạt và dịch vụ cũng có khả năng tiết kiệm năng lượng đáng kể Đặc biệt, chi phí để tiết kiệm 1 kWh điện năng thấp hơn nhiều so với chi phí đầu tư để sản xuất 1 kWh tại các nhà máy điện.
Tổn thất năng lượng trong một số lĩnh vực của Việt Nam
1.3.1 Tổn thất năng lượng của các hệ thống bơm
Theo báo cáo của Chương trình hiệu quả sử dụng năng lượng quốc gia Việt Nam, hiệu suất sử dụng năng lượng của hệ thống bơm hiện chỉ đạt 42% Phần năng lượng còn lại bị thất thoát qua các thành phần như động cơ, bộ phận khớp nối, bơm, van và đường ống trong toàn bộ hệ thống.
Hình 2 Tổn thất năng lượng của hệ thống bơm.
1.3.2 Tổn thất năng lượng trong quá trình sản xuất và cung cấp hơi
Hiệu suất năng lượng trong sản xuất và cung cấp hơi chỉ đạt khoảng 40%, trong khi 60% năng lượng bị thất thoát qua các công đoạn như sản xuất hơi, hệ thống ống dẫn, van, ngưng tụ và trao đổi nhiệt.
Hình 3 Tổn thất năng lượng qua quá trình sản xuất và cung cấp hơi.
1.3.3 Tổn thất năng lượng trong quá trình sản xuất sử dụng khí nén
Hiệu suất sử dụng năng lượng trong sản xuất và sử dụng khí nén chỉ đạt khoảng 10%, trong khi 90% năng lượng còn lại bị thất thoát qua vận hành động cơ, máy nén, quá trình chuyển đổi, hệ thống ống dẫn và khi sử dụng.
Hình 4 Tổn thất năng lượng qua quá trình sản xuất sử dụng khí nén.
2 VÌ SAO PHẢI THỰC HIỆN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG QUÁ
Tính thiết yếu của việc tiết kiệm năng lượng xuất phát từ một số nguyên nhân chủ yếu như sau:
- Nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch trong khi chi phí sản xuất năng lượng sạch, năng lượng tái tạo còn khá cao;
Nhu cầu sản xuất ngày càng gia tăng dẫn đến sự tăng trưởng không ngừng của nhu cầu năng lượng, tạo ra áp lực lớn trong việc cung cấp nguồn năng lượng Việc tiết kiệm năng lượng không chỉ giúp giảm thiểu áp lực này mà còn đồng nghĩa với việc tiết kiệm chi phí sản xuất.
Sự biến động và gia tăng giá dầu, khí đốt và điện trong những năm gần đây đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến hoạt động sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp.
- Việc sử dụng nhiều, lãng phí năng lượng hóa thạch là nguyên nhân chính của tình trạng ô nhiễm môi trường và biến đối khí hậu toàn cầu;
Các quy định pháp luật ngày càng nghiêm ngặt yêu cầu doanh nghiệp phải thay đổi tư duy trong sản xuất kinh doanh, hướng tới việc tiết kiệm năng lượng.
3 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC HỆ THỐNG LẠNH
Nguyên lý của chu trình làm lạnh bằng hơi một cấp nén
Hệ thống máy lạnh phổ biến nhất hiện nay bao gồm bốn bộ phận chính: máy nén, bộ ngưng hơi, van tiết lưu và bộ bay hơi.
Chức năng của từng bộ phận:
- Máy nén: nén tác nhân lạnh ở trạng thái hơi lạnh áp suất thấp thành hơi nóng áp suất cao
- Bộ ngưng hơi: ngưng tác nhân lạnh ở trạng thái hơi nóng áp suất cao thành trạng thái lỏng và thải nhiệt ra nguồn hơi nóng
- Van tiết lưu: tiết lưu tác nhân lạnh ở trạng thái lỏng áp suất cao thành lỏng và hơi áp suất thấp, lạnh (nhiệt độ thấp)
- Bộ bay hơi: là nơi tác nhân lạnh nhận nhiệt từ đối tượng cầ làm lạnh và bay hơi
Hình 5 Nguyên lý hoạt động của chu trình làm lạnh bằng hơi một cấp nén.
Hơi từ bộ bay hơi được máy nén hút và nén theo quá trình nén đẳng entropy từ áp suất bay hơi p0 lên áp suất ngưng tụ pk Hơi ra khỏi máy nén ở điểm 2 là hơi quá nhiệt được đưa vào bộ ngưng hơi Tại bộ ngưng hơi, tác nhân lạnh nhả nhiệt để thực hiện quá trình ngưng tụ đẳng áp, trong khi tác nhân lạnh ở điểm 3 chuyển thành trạng thái lỏng và được đưa qua van tiết lưu Quá trình tiết lưu diễn ra ở điểm 3-4, sau đó hơi bão hòa ẩm ở điểm 4 được đưa vào bộ bay hơi Trong bộ bay hơi, tác nhân lạnh nhận nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh và thực hiện quá trình bay hơi đẳng áp.
= const Sau đó, hơi lại được hút về máy nén để thực hiện chu trình tiếp theo.
Chu trình làm lạnh nén một cấp được trình bày ở đồ thị dưới đây:
Hệ thống lạnh nén một cấp có chu trình nhiệt động học đặc trưng Để đánh giá hiệu quả hoạt động của các hệ thống lạnh, người ta sử dụng khái niệm hệ số lạnh COP.
Chu trình làm lạnh có COP lớn hơn cho thấy hiệu quả hoạt động cao hơn, đồng nghĩa với việc năng lượng được sử dụng một cách hiệu quả hơn.
Các yếu tố tác động đến hiệu quả làm việc của các hệ thống lạnh
3.2.1 Giảm nhiệt độ ngưng tụ sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cho HT Điều kiện môi trường và chất giải nhiệt sẽ ảnh hưởng quyết định đến nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống lạnh Và ứng với nhiệt độ ngưng tụ xác định Tk, hơi tác nhân lạnh sẽ ngưng tụ ở áp suất ngưng tụ pk xác định Nếu chúng ta giảm nhiệt độ ngưng tụ thì áp suất ngưng tụ của hệ thống lạnh cũng giảm theo điều này sẽ làm tăng hiệu quả làm lạnh và giảm công của máy nén hay cũng chính là hiệu suất của hệ thống lạnh sẽ tăng, hệ thống sử dụng ít điện năng hơn Điều này được biểu diễn ở hình 7.
Hệ thống làm lạnh cũ hoạt động theo chu trình (1-2-3-4-1) với hệ số làm lạnh COP Khi nhiệt độ ngưng tụ giảm, áp suất ngưng tụ sẽ giảm xuống pk’ = p6 < pk = p2 = p3 Điều này dẫn đến việc hệ thống chuyển sang chu trình lạnh mới (1-5-6-7-1) và thay đổi hệ số làm lạnh của hệ thống.
Dựa vào hình 7, năng suất lạnh của chu trình mới vượt trội hơn chu trình cũ, thể hiện qua mối quan hệ (h1-h7) > (h1-h4) Đồng thời, công nén của chu trình mới cũng thấp hơn so với chu trình cũ, với (h5-h1) < (h2-h1) Do đó, hệ số hiệu suất COP’ của chu trình mới lớn hơn COP của chu trình cũ.
Hình 7 Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ đến hiệu quả làm việc của hệ thống lạnh.
Những biện pháp nhằm giảm nhiệt độ ngưng tụ cho hệ thống lạnh:
+ Đảm bảo cho bộ ngưng tụ có kích thước đủ lớn (không nhỏ) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt lớn cho phép nhiệt độ ngưng tụ thấp;
+ Sử dụng bộ ngưng tụ bay hơi thay vì làm mát bằng không khí;
+ Thiết lập việc kiểm tra đối với áp suất ngưng tụ thấp nhất đạt được và thay đổi được xác lập trong khoảng mùa hè và mùa đông.
- Khâu vận hành và bảo trì:
Để hạ nhiệt độ ngưng tụ hiệu quả, cần vận hành quạt và bơm ở mức tối đa Đồng thời, việc duy trì nhiệt độ nước giải nhiệt ở mức thấp nhất cũng rất quan trọng.
Sử dụng điều kiện môi trường một cách hiệu quả, đặc biệt là trong trường hợp thiết bị ngưng tụ hoạt động với hiệu suất cao hơn vào ban đêm, có thể mang lại lợi ích đáng kể.
+ Tránh hay giảm tối thiểu không khí quẩn trong các dàn ngưng và tháp giải nhiệt;
+ Thường xuyên làm sạch bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ;
+ Giữ bề mặt tổ ong của tháp giải nhiệt sạch và kiểm tra quá trình xử lý nước thường xuyên;
+ Tách lọc không khí và các chất khí không ngưng tụ từ bộ ngưng và kiểm tra thường xuyên;
+ Bảo vệ dàn ngưng tránh khỏi mặt trời chiếu trực tiếp vào các vị trí có nhiệt độ cao.
3.2.2 Tăng nhiệt độ bay hơi sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh
Khi tăng nhiệt độ bay hơi, áp suất bay hơi trong hệ thống lạnh sẽ tăng, dẫn đến hiệu quả làm lạnh tăng và giảm công suất của máy nén Điều này giúp hệ thống lạnh hoạt động hiệu quả hơn và tiêu thụ ít điện năng hơn Hệ thống làm lạnh cũ theo chu trình (1-2-3-4-1) có hệ số làm lạnh COP Nếu nhiệt độ bay hơi được nâng cao, áp suất bay hơi sẽ thay đổi, và hệ thống sẽ chuyển sang chu trình lạnh mới (5-6-3-7-5) với hệ số làm lạnh COP’.
Hình 8 Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi đến hiệu quả làm việc của hệ thống lạnh.
Từ hình 8, ta thấy công nén của chu trình mới nhỏ hơn chu trình cũ (h6-h5) < (h2- h1) Vì vậy, COP’ > COP
Vậy tăng nhiệt độ bay hơi, ta có thể nâng cao hiệu suất của hệ thống lạnh và hệ thống sẽ sử dụng ít điện năng hơn.
Những biện pháp nhằm tăng nhiệt độ bay hơi cho hệ thống lạnh:
+ Sử dụng hệ thống tái tuần hoàn bất cứ khi nào có thể;
+ Sử dụng các động cơ và quạt có hiệu suất cao trong phòng lạnh và máy lạnh; + Đảm bảo môi chất làm lạnh và dầu thích hợp.
- Khâu vận hành và bảo trì:
+ Giữ nhiệt độ bay hơi càng cao càng tốt;
+ Tránh để dầu bôi trơn bị đưa nhiều vào và tích tụ lại trong bộ bay hơi;
+ Xả đá các dàn lạnh khi cần thiết và dừng ngay quá trình xả khi lượng đá đã xả hết;
3.2.3 Ảnh hưởng của quá trình quá nhiệt đến hiệu quả làm việc của hệ thống lạnh
Hình 9 Ảnh hưởng của độ quá nhiệt đến hiệu quả làm việc của hệ thống lạnh.
Trạng thái vận hành tối ưu của hệ thống lạnh là khi hơi từ thiết bị bay hơi vào máy nén ở trạng thái hơi bão hòa khô, theo chu trình (1-2-3-4-1) Tuy nhiên, để tránh hiện tượng lẫn lỏng trong hơi hút vào máy nén, người ta thường vận hành ở trạng thái hơi quá nhiệt, theo chu trình (1-5-6-3-4-1), với quá trình (1-5) được gọi là quá trình quá nhiệt Mặc dù quá trình này giúp ngăn ngừa lẫn lỏng, nhưng nó cũng làm tăng công tiêu tốn của máy nén, dẫn đến giảm hiệu suất của toàn bộ hệ thống.
Các biện pháp vận hành ứng dụng để hạn chế quá trình quá nhiệt của thiết bị:
Mỗi loại máy nén có mức độ quá nhiệt khuyến cáo riêng, do đó cần duy trì các giá trị này ở mức thấp nhất trong quá trình vận hành hệ thống lạnh.
+ Bảo ôn đường ống dẫn gas lạnh về máy nén để tránh sự quá nhiệt không cần thiết hay không kiểm soát được;
+ Cần chỉnh van tiết lưu chính xác vì điều này có ảnh hưởng đến việc quá nhiệt của hơi vào máy nén.
Các biện pháp tiết kiệm năng lượng khi sử dụng các hệ thống lạnh
3.3.1 Sử dụng bộ biến tần để tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh
Sử dụng biến tần là phương pháp tiết kiệm năng lượng tối ưu cho việc điều khiển bơm, quạt và máy nén Việc lắp đặt biến tần mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tiết kiệm chi phí điện, cải thiện hiệu suất hoạt động và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
- Giúp quá trình khởi động mềm hơn, tiêu thụ điện năng ít hơn và tuổi thọ của máy do đó cũng được tăng lên;
- Có thể thay đổi vận tốc vòng vô cấp mà moment xoắn trên trục động cơ không thay đổi;
Cung cấp điện năng vừa đủ theo phụ tải thực của động cơ tại từng thời điểm giúp tối ưu hóa việc tiêu thụ điện, đặc biệt là trong chế độ non tải, nơi mà hiệu suất của động cơ thường rất thấp.
Hình 10 Đồ thị đặc tính công suất – lưu lượng của bơm ly tâm lắp biến tần và không lắp biến tần.
Khi lưu lượng bơm giảm, bơm không lắp biến tần tiêu thụ nhiều điện hơn bơm có lắp biến tần Điều này cho thấy hiệu suất của động cơ hoạt động ở chế độ non tải (lưu lượng thấp) sẽ được cải thiện đáng kể khi sử dụng biến tần.
3.3.2 Ứng dụng hệ thống tích trữ năng lượng cho chác hệ thống lạnh Đối với hầu hết các hộ tiêu thụ điện, nhu cầu sử dụng điện không cố định mà thay đổi theo các thời điểm khác nhau trong ngày Việc sử dụng điện tương ứng tạm chia làm ba thời điểm:
Thấp điểm, hay còn gọi là thời gian có công suất tiêu thụ điện thấp, thường diễn ra từ 22g00 đến 6g00 Trong khoảng thời gian này, hầu hết các hộ tiêu thụ điện cho sản xuất và sinh hoạt đều không sử dụng điện hoặc chỉ sử dụng ở mức tối thiểu.
- Bình thường (công suất tiêu thụ trung bình): thường từ 6g00 đến 18g00, khi điện chủ yếu dùng cho sản xuất và văn phòng;
- Cao điểm (công suất tiêu thụ cao nhất): thường từ 18g00 đến 22g00, khi điện được dung nhiều nhất cho sản xuất, sinh hoạt, quảng cáo, chiếu sáng…
Các nhà cung cấp điện cần lắp đặt nhà máy điện có công suất lớn để đáp ứng nhu cầu giờ cao điểm, nhưng điều này dẫn đến việc máy phát điện hoạt động không hiệu quả trong giờ thấp điểm, gây tăng đầu tư và giảm tính kinh tế Để khắc phục, họ áp dụng chính sách giá nhằm giảm phụ tải đỉnh và chuyển tiêu thụ sang giờ thấp điểm, theo nguyên lý “San bằng phụ tải đỉnh” Điều này giúp giảm đầu tư vào nguồn phát điện và tối ưu hóa hoạt động Một biện pháp hiệu quả là áp dụng “điện 3 giá”, như Tổng Công ty Điện lực Việt Nam đã thực hiện trong những năm qua.
Nguyên lý "San bằng phủ tải đỉnh" trong biểu đồ phụ tải của lưới điện giúp người sử dụng điện tránh phải trả giá điện cao trong giờ cao điểm Để đạt được điều này, cần có biện pháp tích cực nhằm giảm sử dụng điện trong giờ cao điểm, đồng thời tăng cường sản xuất vào giờ thấp điểm và giờ bình thường Mặc dù không tiết kiệm năng lượng, nhưng việc điều chỉnh thời gian sử dụng điện sẽ giúp giảm chi phí năng lượng cho sản xuất một cách đáng kể.
Hệ thống tích lạnh là một giải pháp hiệu quả để giảm chi phí năng lượng, đặc biệt cho các hệ thống lạnh công nghiệp và điều hòa trung tâm tại khách sạn, nơi hoạt động liên tục 24/24 giờ Do yêu cầu vận hành liên tục và tải nặng vào giờ cao điểm, việc ngưng hoạt động trong giờ cao điểm và sản xuất trong giờ thấp điểm không khả thi Vì vậy, hệ thống tích trữ lạnh được thiết kế chuyên dụng để đáp ứng nhu cầu này, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.
Hệ thống tích trữ lạnh hoạt động được chia thành 2 giai đoạn:
Giai đoạn thứ nhất là giai đoạn nạp tải vào hệ thống tích lạnh
Hình 12 Chế độ nạp tải cho bồn tích trữ lạnh.
Vòng tuần hoàn của toàn bộ hệ thống lạnh chung được biểu thị như trên hình vẽ.
Hệ thống bao gồm hai vòng tuần hoàn song song: vòng thứ nhất kết nối Chiller với hệ thống tích trữ lạnh và vòng thứ hai kết nối Chiller với hộ tiêu thụ lạnh Khi hộ tiêu thụ có tải thấp, như vào ban đêm, Chiller vẫn hoạt động hết công suất, dẫn đến một phần tác nhân lạnh trung gian được chuyển vào hệ thống tích trữ lạnh, nơi nó sẽ hấp thụ năng lượng lạnh.
Giai đoạn thứ hai là giai đoạn xả tải từ hệ thống tích trữ lạnh (hình 13)
Hình 13 Chế độ xả tải từ bồn tích trữ lạnh.
Khi tải của hộ tiêu thụ lạnh vượt quá khả năng của nhà máy nén, hệ thống tích trữ lạnh sẽ xả tải qua các tác nhân lạnh trung gian để bù đắp cho Chiller, đảm bảo cung cấp đủ tải lạnh Phương pháp này cũng cho phép ngưng hoạt động máy lạnh trong giờ cao điểm, giúp giảm đáng kể chi phí điện cho hệ thống lạnh Tương ứng với chế độ hoạt động này, có bốn chế độ hoạt động khác nhau.
Chế độ 1 của hệ thống tích trữ lạnh bao gồm vòng tuần hoàn giữa Chiller và hệ thống lưu trữ Trong chế độ này, hệ thống hoạt động ở mức tải tối đa, diễn ra khi hộ tiêu thụ không sử dụng tải.
Chế độ 2 trong hệ thống làm lạnh bao gồm vòng tuần hoàn giữa Chiller, hệ thống tích trữ lạnh và hộ tiêu thụ lạnh Khi tải của hộ tiêu thụ thấp hơn tải định mức của Chiller, hệ thống tích trữ lạnh sẽ hấp thụ một phần nhiệt lạnh từ Chiller để duy trì hiệu suất hoạt động.
Chế độ 3 của hệ thống làm lạnh bao gồm Chiller, bồn tích trữ lạnh và hộ tiêu thụ lạnh, được áp dụng khi tải của hộ tiêu thụ vượt quá tải định mức của Chiller Trong trường hợp này, bồn trữ lạnh đã được nạp đầy trong chế độ trước sẽ cung cấp đủ năng lượng để bù đắp cho tải của Chiller, đảm bảo đáp ứng nhu cầu của hộ tiêu thụ một cách hiệu quả.
Chế độ 4 là vòng tuần hoàn của hệ thống tích trữ lạnh kết hợp với hộ tiêu thụ lạnh Đây là giai đoạn xả tải, xảy ra khi máy nén cần ngừng hoạt động vì lý do nào đó, trong khi tải tiêu thụ nhỏ hơn tải của hệ thống tích trữ lạnh hiện tại.
4 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC HỆ THỐNG NHIỆT
Lò hơi
Lò hơi công nghiệp là thiết bị quan trọng trong sản xuất hơi nước cho các máy móc khác Nguyên lý hoạt động của lò hơi là sử dụng nhiên liệu để đun sôi nước, với các loại nhiên liệu đa dạng như rắn (củi, than, gỗ), lỏng (dầu) hoặc khí (gas) Trong quy trình sản xuất, lò hơi chuyển hóa hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi, đồng thời tiêu thụ một lượng năng lượng lớn trong quá trình vận hành.
Lò hơi ống nước có nhiều đặc điểm nổi bật, bao gồm lò đốt cơ khí giúp nâng cao hiệu suất đốt cho nhiên liệu rắn Hệ thống thông gió với quạt hút và quạt đẩy được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất đốt Tuy nhiên, lò hơi này yêu cầu chất lượng nước cao hơn, do đó cần thiết phải có trạm xử lý nước Đặc biệt, lò hơi ống nước cũng mang lại hiệu suất nhiệt cao hơn so với lò hơi Lancashire.
Hai ví dụ về lò hơi ống lửa là lò hơi trọn khối và lò hơi Lancashire
Lò hơi trọn khối nổi bật với không gian buồng đốt nhỏ và tốc độ giải phóng nhiệt cao, giúp tăng tốc độ bay hơi Với số lượng lớn ống có đường kính nhỏ, lò hơi này mang lại hiệu quả truyền nhiệt đối lưu tốt Hệ thống quạt đẩy hoặc hút góp phần nâng cao hiệu suất cháy Nhiều bậc truyền nhiệt trong thiết kế giúp cải thiện hiệu suất truyền nhiệt tổng thể Đặc biệt, lò hơi trọn khối có hiệu suất nhiệt cao hơn so với các loại lò hơi khác.
Lò hơi này nổi bật với khả năng dự trữ nhiệt lớn, giúp duy trì hoạt động ổn định ngay cả khi có sự thay đổi về tải Nó có thể chịu đựng được chất lượng nước cấp kém, mặc dù độ trơ nhiệt cao dẫn đến thời gian khởi động chậm Tuy nhiên, khả năng truyền nhiệt đối lưu kém của lò hơi này cũng ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt tổng thể.
Lò hơi tầng sôi có khả năng đốt nhiều loại nhiên liệu, bao gồm than cấp thấp, với ưu điểm nổi bật là nhiệt độ đốt thấp từ 700 đến 900 độ C Điều này giúp giảm thiểu đáng kể lượng NOx, một loại khí nguy hiểm ảnh hưởng đến sức khỏe hô hấp của con người và có khả năng hình thành axit khi kết hợp với độ ẩm trong không khí Hiện nay, có hai loại lò hơi tầng sôi: lò hơi tầng sôi áp suất thường và lò hơi tầng sôi áp lực lớn.
Tổn thất năng lượng được phân thành hai loại: tổn thất có thể phòng tránh và không thể phòng tránh Việc giảm thiểu tổn thất có thể tránh được giúp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp
Từ việc phân tích các tổn thất nhiệt, ta có các biện pháp sử dụng năng lượng hiệu quả trong hệ thống lò hơi như sau:
- Kiểm soát hệ số không khí thừa.
- Kiểm soát nhiệt độ khói thải của lò hơi.
- Tận dụng nhiệt từ khói thải.
- Kiểm soát lưu lượng nước xả đáy lò.
- Kiểm soát cách nhiệt cho hệ thống lò hơi.
Kiểm soát hệ số không khí thừa
Việc kiểm soát mức độ không khí thừa, hay %O2, trong khói lò hơi là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng lớn đến tổn thất nhiệt Giảm lượng không khí thừa không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của lò hơi.
Mục đích chính của việc kiểm soát mức độ không khí thừa là thiết lập quy trình kiểm soát và đánh giá hiệu quả của nó Để thực hiện điều này, cần xác định nồng độ ôxy trong khói thải thông qua việc sử dụng bộ phân tích khói hoặc máy phân tích ôxy, cho phép đo lường liên tục mà không cần lấy mẫu khói thải.
Hệ số không khí thừa tối ưu cho quá trình đốt có thể chọn theo bảng 1 hoặc có thể dựa vào đồ thị hình 1.
Kiểm soát nhiệt độ khói thải Để duy trì nhiệt độ khói thải tối ưu, trong vận hành phải tiến hành biện pháp sau đây:
Để duy trì hiệu suất tối ưu cho lò hơi, cần thường xuyên vệ sinh các bề mặt đốt ít nhất một lần mỗi ca Nếu nhiệt độ khói thải vẫn tiếp tục tăng cao, hãy tăng tần suất vệ sinh để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
- Duy trì hệ số không khí thừa ở mức độ tối ưu.
Phân tích nước cấp định kỳ là cần thiết để kịp thời điều chỉnh chất lượng nước, nhằm ngăn chặn hiện tượng đóng cáu trên các bề mặt truyền nhiệt, từ đó đảm bảo hiệu suất truyền nhiệt không bị cản trở.
- Phải kiểm tra nồng độ ôxy trước và sau bộ sấy không khí mỗi tháng một lần để kiểm tra độ kín của bộ sấy.
Khi thiết kế bộ hâm nước bằng gang, cần chú ý tính toán để tránh hiện tượng sôi trong bộ hâm, nhằm ngăn chặn tình trạng tăng áp suất có thể dẫn đến nổ bộ hâm nước.
Kiểm soát lưu lượng xả đáy lò hơi
Trong quá trình sinh hơi, nồng độ tạp chất trong nước lò tăng lên, vì vậy việc duy trì chế độ xả lò hợp lý là cần thiết để giảm thiểu tạp chất và loại bỏ cáu cặn Để tiết kiệm năng lượng, cần xả đáy với mức tối thiểu mà vẫn đảm bảo chất lượng nước lò hơi và thu hồi nhiệt từ nước xả lò.
Để tiết kiệm nhiệt từ việc xả đáy, có thể áp dụng một số biện pháp hiệu quả Đầu tiên, giảm tối thiểu lượng nước xả bằng cách điều chỉnh van xả để duy trì chất lượng nước ở mức cho phép Thứ hai, kiểm soát lượng nước xả thông qua hệ thống tự động, giúp tiết kiệm đến 20% lưu lượng xả Thêm vào đó, việc thu hồi nước ngưng sẽ giảm lượng nước xả đáy và hạn chế tạp chất vào lò Cuối cùng, lựa chọn hệ thống xử lý nước cấp phù hợp có thể giúp giảm thiểu sự hình thành cáu cặn trong lò, điều này thường áp dụng cho các dự án mới hoặc cải tạo.
Việc thu hồi nước ngưng mang lại nhiều cơ hội tiết kiệm, bao gồm việc giảm lượng nước bổ sung, từ đó giảm chi phí xử lý nước cấp cho lò hơi Đồng thời, nó còn giúp giảm nồng độ tạp chất trong nước lò, làm giảm lượng nước xả đáy và năng lượng tiêu hao cho quá trình này Ngoài ra, việc tận dụng nước ngưng có thể nâng cao nhiệt độ nước cấp mà không cần thêm năng lượng, đồng thời giảm lượng hơi cấp cho bình khử khí Cuối cùng, phương pháp này còn cho phép nâng cao công suất mà không cần cung cấp thêm năng lượng.
Sản xuất hơi bằng nhiệt thải
Có nhiều phương pháp tận dụng nhiệt hiệu quả, bao gồm: sản xuất hơi bằng cách lắp thêm bộ phận sinh hơi từ khói thải ở đầu ra của buồng đốt; lắp đặt thiết bị hâm nóng dầu hoặc ethylen glycol để chuyển đến nơi sử dụng khác; và lắp đặt thiết bị hâm dầu nhằm cung cấp cho lò hơi.
Gia nhiệt nước cấp cho lò hơi
Gia nhiệt nước cấp cho lò hơi giúp giảm lượng oxy trong nước, từ đó hạn chế sự ăn mòn Các phương pháp hiệu quả bao gồm tái sử dụng nước ngưng, lắp đặt bộ hâm nước cho lò hơi và áp dụng các quá trình trao đổi nhiệt khác.
Xử lý nước cấp cho lò, kiểm soát cáu cặn và bám bẩn
Trước khi cấp nước vào lò, cần xác định tiêu chuẩn chất lượng nước để chọn phương pháp xử lý phù hợp và thực hiện nghiêm túc các biện pháp xử lý nước.
Để giảm thiểu thất thoát do bám bẩn và đóng cặn, có thể áp dụng các biện pháp hiệu quả như sử dụng sóng siêu âm, nam châm vĩnh cửu và điện từ trường Những phương pháp này giúp xử lý lớp cáu cặn một cách hiệu quả, từ đó nâng cao hiệu suất và độ bền của thiết bị.
Xử lý lớp cáu cặn mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tiết kiệm từ 2-4% chi phí nhiên liệu, giảm chi phí đầu tư và vận hành hệ thống làm mềm nước, cũng như tăng tuổi thọ ống lò từ 1.5 đến 2 lần mà không cần sử dụng axit để phá cáu.
Cần phải kiểm tra thường xuyên lớp bảo ôn và phải tiến hành bổ sung, sửa chữa kịp thời để giảm tổn thất nhiệt
Việc thay thế lò hơi mới sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và tiết kiệm năng lượng trong các trường hợp sau:
Lò hơi cũ và có hiệu suất thấp sẽ tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn, đặc biệt khi công suất không phù hợp với nhu cầu Việc thay thế lò hơi bằng các loại lò đốt nhiên liệu sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp như trấu và vỏ hạt điều không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
5 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
Các loại hệ thống chiếu sáng
5.1.1 Đèn sợi đốt (GLS) Đèn nóng sáng hoạt động như một “vật thể xám”, phát ra các bức xạ có lựa chọn,hầu hết diễn ra ở vùng có thể nhìn thấy được Bóng đèn có một bộ phận chân không hoặc nạp khí Mặc dù bộ phận này ngăn sự oxy hóa của dây tóc đèn bằng vonfam, nhưng nó không ngăn ngừa bay hơi Bóng đèn bị tối đi là do vonfam bị bay hơi ngưng lại trên bề mặt tương đối mát của bóng Nhờ bộ phận nạp khí trơ, tình trạng bay hơi sẽ được ngăn chặn và trọng lượng phân tử càng lớn thì hiệu quả của nó càng cao Đối với những loại đèn thường, hỗn hợp argon nitơ với tỷ lệ 9/1 được sử dụng do chi phí thấp. Kripton hoặc Xenon chỉ được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt như đèn chu kỳ khi bóng đèn kích thước nhỏ giúp bù đắp lại chi phí cao và khi hiệu suất là vấn đề cực kỳ quan trọng
Việc nạp khí trong đèn có thể dẫn đến sự truyền nhiệt từ dây tóc, do đó, độ dẫn nhiệt thấp là yếu tố quan trọng Đèn nạp khí thường sử dụng dây chì trong dây dẫn chính, và một khe hở nhỏ có thể gây ra phóng điện, dẫn đến dòng điện mạnh Khe nứt của dây tóc thường chỉ ra rằng đèn đã đến giai đoạn kết thúc tuổi thọ, giúp bảo vệ các cầu chì mạch khỏi hư hỏng.
Hình 15 Đèn sợi đốt và sơ đồ năng lượng của đèn sợi đốt.
(Ủy ban về sử dụng năng lượng hiệu quả, 2005). Đặc điểm
- Hiệu suất: 12 lumen/Oát - Chỉ số hoàn màu: 1A
- Nhiệt độ màu: Ấm (2.500K – 2.700K) - Tuổi thọ của đèn: 1 – 2.000 giờ.
5.1.2 Đèn Halogen-Vonfam Đèn halogen là một loại đèn nóng sợi đốt Loại đèn này có dây tóc bằng vonfam giống như đèn sợi đốt bình thường sử dụng tại nhà, tuy nhiên bóng đèn được bơm đầy bằng khí halogen Nguyên tử vonfam bay hơi từ dây tóc nóng và di chuyển về phía thành mát hơn của bóng đèn Các nguyên tử vonfam, oxy và halogen kết hợp với nhau tại thành bóng để tạo nên phân tử vonfam oxyhalogen Nhiệt độ ở thành bóng giữ cho các nguyên tử vonfam oxyhalogen ở dạng hơi Các phân tử này di chuyển về phía dây tóc nóng nơi nhiệt độ cao hơn tách chúng ra khỏi nhau Nguyên tử vonfam lại đông lại trên vùng mát hơn của dây tóc-không phải chính xác ở những vị trí mà chúng bị bay hơi Các khe hở thường xuất hiện gần các điểm nối giữa dây tóc vonfam và dây đầu vào bằng molypđen, nơi nhiệt độ giảm đột ngột.
Hình 16 Đèn halogen vonfam. Đặc điểm
- Hiệu suất: 18 lumen/Oát - Chỉ số hoàn màu: 1A.
- Nhiệt độ màu: Ấm (3.000K- 3.200K) - Tuổi thọ của đèn: 2.000 – 4.000 giờ. Ưu điểm
+ Gọn hơn + Tuổi thọ dài hơn.
+ Ánh sáng trắng hơn (nhiệt độ màu cao hơn) + Sáng hơn
+ Giá cao hơn + Nhiều tia cực tím hơn.
+ Nhiều tia hồng ngoại hơn + Khó cầm giữ hơn.
5.1.3.1 Đặc điểm của đèn huỳnh quang Đèn huỳnh quang có hiệu suất lớn hơn đèn sợi đốt tiêu chuẩn từ 3 đến 5 lần và có tuổi thọ từ 10 đến 20 lần Dòng điện chạy qua chất khí hoặc kim loại bay hơi có thể gây ra bức xạ điện từ tại những bước sóng nhất định tuỳ theo thành phần cấu tạo hoá học và áp suất khí.
Hình 17b Sơ đồ dòng năng lượng của đèn huỳnh quang.
Đèn huỳnh quang có cấu tạo bên trong là một lớp photpho mỏng giúp hấp thu bức xạ UV và chuyển đổi thành ánh sáng nhìn thấy với hiệu suất khoảng 50% Loại đèn này thuộc nhóm "catốt nóng", trong đó catốt được nung nóng từ dây tóc Vonfam có lớp bari cacbonat, cung cấp electron cho quá trình phóng điện Để đảm bảo tuổi thọ của đèn, lớp phát xạ không được nung quá mức Đèn sử dụng thủy tinh natri cacbonat, có khả năng truyền tia cực tím kém, và chứa một lượng thủy ngân nhỏ, thường là 12mg, trong khi các loại đèn mới nhất chỉ sử dụng khoảng 5mg, giúp duy trì áp suất thủy ngân tối ưu trên dải nhiệt độ rộng, rất phù hợp cho chiếu sáng bên ngoài và các đồ đạc nhỏ gọn.
5.1.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ Đèn huỳnh quang đạt được hiệu suất hoạt động tốt nhất khi nhiệt độ môi trường vào khoảng 20 đến 30°C Nhiệt độ thấp hơn có thể làm giảm áp suất thủy ngân, có nghĩa là năng lượng tia cực tím tạo ra sẽ giảm; vì vậy sẽ có ít năng lượng tia cực tím tác dụng với photpho và kết quả là tạo ra ít ánh sáng hơn Nhiệt độ cao có thể làm dịch chuyển bước sóng của tia cực tím, làm cho bước sóng gần vùng quang phổ nhìn thấy được Bước sóng dài hơn của tia cực tím sẽ có ít tác dụng với photpho hơn, và vì vậy hiệu suất sáng sẽ bị giảm Ảnh hưởng chung là hiệu suất sáng giảm hơn nếu nhiệt độ môi trường lớn hơn hoặc nhỏ hơn mức nhiệt độ tối ưu. Đặc điểm
+ Hiệu suất: 80 lumen/Watt (bộ điều khiển HF tăng hiệu suất thêm 10%)
+ Nhiệt độ màu: Bất kỳ
+ Tuổi thọ của đèn: 7.000 – 15.000 giờ.
+ Hiệu suất: 90 lumen/Oát + Chỉ số hoàn màu: -1B
+ Nhiệt độ màu: Bất kỳ + Tuổi thọ của đèn: 7.000 – 15.000 giờ.
5.1.4 Đèn huỳnh quang compact (CFL)
Đèn huỳnh quang compact đã xuất hiện gần đây, tạo ra một thị trường mới cho nguồn sáng huỳnh quang Những chiếc đèn này cho phép thiết kế bộ đèn nhỏ gọn hơn, cạnh tranh hiệu quả với đèn nóng sáng và đèn hơi thủy ngân trong lĩnh vực chiếu sáng hình tròn hoặc vuông Trên thị trường, sản phẩm có sẵn với bộ điều khiển gắn liền (CFG) hoặc điều khiển tách rời (CFN).
Hình 18 Đèn huỳnh quang compact.
5.1.5 Đèn hơi Natri Đặc điểm:
+ Nhiệt độ màu: Ấm, Trung bình
+ Tuổi thọ của đèn: 7.000 – 10.000 giờ.
5.1.5.1Đèn hơi Natri cao áp Đèn hơi Natri cao áp (HPS) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chiếu sáng ngoài trời và chiếu sáng công nghiệp Hiệu suất cao là đặc điểm ưu việt hơn của loại đèn này so với đèn halogen kim loại vì những ứng dụng này không đòi hỏi độ hoàn màu cao Khác với đèn thủy ngân và đèn hologen kim loại, đèn HPS không có các điện cực khởi động, balat chấn lưu bao gồm tác-te điện tử cao áp Ống hồ quang được làm bằng gốm, có thể chịu được nhiệt độ lên đến 2372F Ống được nạp khí xenon giúp tạo hồ quang cũng như hỗn hợp khí thủy ngân và natri. Đặc điểm
+ Hiệu suất: 50 - 90 lumens/Watt (chỉ số hoàn màu tốt hơn, hiệu suất thấp hơn)
+ Tuổi thọ của đèn: 24.000 giờ, duy trì quang thông đặc biệt tốt
+ Làm nóng 10 phút, làm nóng trở lại trong vòng 60 giây
+ Sử dụng đèn sodium tại áp suất và nhiệt độ cao hơn sẽ làm đèn phản ứng cao hơn + Bao gồm 1-6 mg natri và 20mg thủy ngân
+ Khí nạp là Xenon.Tăng lượng khí sẽ cho phép giảm lượng thủy ngân, nhưng sẽ khó khởi động đèn hơn
+ Ống hồ quang được đặt trong một bóng đèn có lớp khuyếch tán để giảm chói
+ Áp suất càng cao, dải bước sóng càng rộng và chỉ số hoàn màu càng tốt, hiệu suất càng thấp.
Hình 19 Sơ đồ dòng năng lượng của đèn hơi Natri cao áp.
5.1.5.2Đèn hơi Natri hạ áp
Đèn hơi Natri hạ áp (LPS) thường được phân loại vào nhóm đèn HID, mặc dù chúng có cấu trúc tương tự như hệ thống huỳnh quang Mặc dù đèn LPS là nguồn sáng hiệu quả nhất, nhưng chất lượng ánh sáng của chúng lại được đánh giá là kém so với các loại đèn khác.
Đèn LPS là nguồn ánh sáng đơn sắc, với các màu thể hiện chủ yếu là đen, trắng và các sắc thái của màu xám Chúng có thể hoạt động trong dải điện áp từ 18-180V và thường được sử dụng cho các ứng dụng ngoài trời như chiếu sáng an ninh và chiếu sáng đường phố, cũng như trong nhà cho các khu vực không yêu cầu chất lượng màu cao như cầu thang Tuy nhiên, do độ hoàn màu kém, nhiều đô thị không cho phép sử dụng đèn LPS cho chiếu sáng đường phố.
+ Hiệu suất: 100 – 200 lumen/Oát + Chỉ số hoàn màu: 3
+ Nhiệt độ màu: Vàng (2,200K) + Tuổi thọ của đèn: 16,000 giờ + Khởi động 10 phút, làm nóng trở lại lên đến 3 phút.
5.1.6 Đèn hơi thủy ngân Đèn hơi thủy ngân là kiểu đèn HID cổ nhất Mặc dù có tuổi thọ cao và chi phí ban đầu thấp, đèn có hiệu suất kém (30 đến 65 lumen trên watt, chưa kể thất thoát balat chấn lưu) và phát ra ánh sáng màu xanh yếu Có lẽ vấn đề quan trọng nhất liên quan đến đèn hơi thủy ngân là làm sao thay thế chúng bằng những loại đèn HID hoặc huỳnh quang có hiệu suất và độ hoàn màu tốt hơn Đèn hơi thủy ngân loại rõ, phát ra ánh sáng màu xanh da trời-xanh lá cây, gồm có ống hồ quang với các điện tử Vonfam ở cả hai đầu Những chiếc đèn này có hiệu suất thấp nhất trong họ đèn HID, quang thông giảm nhanh và chỉ số hoàn màu thấp Do những đặc điểm này nên các nguồn sáng HID khác đã thay thế đèn hơi thủy ngân trong.
Hình 20 Đèn hơi thủy ngân và sơ đồ dòng năng lượng. Đặc điểm
+ Hiệu suất: 50 - 60 lumen/Watt (trừ phần L)
+ Màu nhiệt độ: Trung gian
+ Tuổi thọ của đèn: 16.000 – 24.000 giờ, duy trì quang thông kém
+ Điện cực thứ ba có nghĩa bộ điều khiển đơn giản hơn và rẻ hơn
+ Ống hồ quang chứa 100 mg thủy ngân và khí agon.Vỏ bằng thạch anh
+ Không có catốt nung trước, điện cực thứ ba với khe hở ngắn hơn để bắt đầu phóng điện
Bóng đèn bọc photpho bên ngoài cung cấp ánh sáng đỏ bổ sung, giúp khắc phục hiện tượng phóng ánh sáng màu xanh da trời và xanh lá cây nhờ vào tia cực tím.
+ Vỏ thủy tinh bên ngoài ngăn bức xạ cực tia cực tím.
5.1.7 Đèn kết hợp Đèn kết hợp thường được miêu tả là đèn hai trong một Đèn kết hợp hai nguồn sáng bao xung quanh bởi một bóng đèn nạp khí Một nguồn là ống phóng thủy ngân thạch anh (như đèn thủy ngân) và nguồn kia là dây tóc Vonfam được mắc nối tiếp với nó.Dây tóc đóng vai trò như một balat chấn lưu để ống phóng điện ổn định công suất dòng điện, và vì vậy không cần balat chấn lưu nữa Dây tóc đèn Vonfam được quấn theo cấu trúc bao quanh ống phóng điện và được mắc nối tiếp với nó Lớp bột huỳnh quang ở bên trong thành đèn.
5.1.8 Đèn halogen kim loại Đèn halogen kim loại (MBI) hoạt động tương tự đèn halogen vonfram Khi nhiệt độ tăng, hợp chất halogen diễn ra sự phân tách, giải phóng kim loại về phía hồ quang. Halogen ngăn thành đèn bằng thạch anh khỏi bị kim loại có tính kiềm tấn công. Đặc điểm
+ Chỉ số hoàn màu: 1A – 2 tùy thuộc vào hỗn hợp halogen
+ Tuổi thọ của đèn: 6.000 – 24.000 giờ, duy trì quang thông kém
+ Khởi động: 2-3 phút, làm nóng lại 10-20 phút
MBI cung cấp sự đa dạng về màu sắc, kích thước và chủng loại, vượt trội hơn so với các loại đèn khác Đây là loại đèn hiện đại hơn so với hai loại đèn phóng điện cường độ cao khác nhờ vào hiệu suất vượt trội của chúng.
Thành phần chiếu sáng
5.2.1 Nguồn phát sáng/Mặt phản xạ
Yếu tố quan trọng nhất khi lắp đèn là mặt phản xạ, ảnh hưởng đến lượng ánh sáng và cách phân phối chiếu sáng Mặt phản xạ có thể là dạng khuếch tán (mài trắng hoặc tráng bột) hoặc dạng phản quang (đánh bóng hoặc giống gương) Hiệu suất phản xạ của vật liệu và hình dáng mặt phản xạ quyết định hiệu quả lắp đèn, với mặt phản xạ khuếch tán đạt 70-80% khi mới và vật liệu phản xạ cao có thể lên tới 85% Tuy nhiên, theo thời gian, chỉ số phản xạ có thể giảm do bụi bẩn và hiện tượng ố vàng từ đèn UV Mặt phản quang hiệu quả hơn, duy trì chỉ số phản xạ 85-96% trong điều kiện mới và ít hao hụt khi cũ Vật liệu phổ biến nhất là nhôm anốt hóa (85-90%) và sợi bạc (91-95%), trong khi nhôm tráng ít được sử dụng do yêu cầu giữ sạch để hiệu quả tối ưu.
Hình 23 Bộ đèn gương quang học.
Bộ phận phụ trợ được sử dụng trong thiết bị chiếu sáng bao gồm:
Chấn lưu là thiết bị hạn chế dòng điện, giúp giảm điện trở âm cho các loại đèn phóng điện Đối với đèn huỳnh quang, chấn lưu đóng vai trò quan trọng trong việc tích tụ điện áp ban đầu cần thiết để bật đèn.
- Bộ đánh lửa: Thiết bị này dùng để bật đèn halogen kim loại và đèn hơi natri có cường độ cao
Bảng dưới cho biết đặc tính chiếu sáng của các thể sáng thường được sử dụng:
Bảng 1 Đặc tính chiếu sáng của các thể sáng thường được sử dụng.
Giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả trong hệ thống chiếu sáng
5.3.1 Sử dụng chiếu sáng tự nhiên
Việc sử dụng chiếu sáng tự nhiên thay thế cho chiếu sáng điện vào ban ngày mang lại nhiều lợi ích, nhưng hiện nay đang dần bị lãng quên Các nhà máy công nghiệp thường áp dụng ánh sáng ban ngày theo một số mô hình, tuy nhiên, nếu hệ thống chiếu sáng ban ngày không được thiết kế hợp lý, có thể gây ra phàn nàn từ nhân viên và dẫn đến việc sử dụng thêm đèn điện trong giờ làm việc Một ứng dụng cần đạt mức chiếu sáng 500 lux Để tính toán thất thoát do phản xạ và khuyếch tán trong hệ thống cửa sổ trần nhà, giả định rằng 40% ánh sáng mặt trời xuyên qua cửa sổ trần nhà và lan tỏa trong không gian Vào những ngày nắng, khoảng 2% diện tích trần nhà được sử dụng làm cửa sổ, nhưng để bù đắp cho các yếu tố như góc mặt trời thấp, điều kiện sương mù và cửa sổ trần nhà bẩn, diện tích này có thể tăng gấp đôi lên khoảng 4% Trong điều kiện mây mù trung bình, tỷ lệ này có thể tăng lên 10% hoặc 15% Một số phương pháp kết hợp chiếu sáng ban ngày đang được áp dụng để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng ánh sáng tự nhiên.
Các thiết kế đổi mới giúp giảm độ chói của ánh sáng ban ngày, phù hợp với nội thất Dải kính chạy ngang mái nhà cung cấp ánh sáng đồng nhất và hiệu quả cho các xưởng công nghiệp và kho bãi.
Một thiết kế hiệu quả kết hợp cửa sổ trần làm từ chất liệu FRP với trần giả trong suốt và mờ có khả năng cung cấp ánh sáng tự nhiên mà không gây chói mắt, đồng thời giảm nhiệt độ từ ánh sáng mặt trời.
+ Sử dụng cửa với mái vòm FRP có kiến trúc cơ bản có thể loại trừ việc sử dụng đèn điện trong hành lang của các nhà cao tầng
Sử dụng ánh sáng tự nhiên từ cửa sổ là rất quan trọng, nhưng cần thiết kế cửa sổ hợp lý để tránh ánh sáng chói Việc lắp đặt các giá ánh sáng sẽ giúp cung cấp ánh sáng tự nhiên mà không gây khó chịu do chói lóa.
Hình 24 Chiếu sáng tự nhiên bằng mái che cacbon tổng hợp.
Hình 25 Cửa có mài vòm FRP.
5.3.2 Giảm số lượng đèn để giảm lượng chiếu sáng thừa
Giảm số lượng đèn là một phương pháp hiệu quả để tiết kiệm năng lượng chiếu sáng, đặc biệt trong các ngành công nghiệp Việc giảm chiều cao lắp đặt và sử dụng bộ đèn hiệu quả giúp đảm bảo ánh sáng cần thiết Cần chú ý đến việc giảm bớt đèn ở những khu vực không có hoạt động Tuy nhiên, việc giảm số lượng đèn có thể gây ra vấn đề liên quan đến kết nối giữa đèn và chấn lưu, đặc biệt là với chấn lưu nối tiếp, khi một đèn bị tháo ra có thể làm cho các đèn còn lại không hoạt động đúng cách Chấn lưu điện tử thường chuyển từ mắc nối tiếp sang song song, giúp giảm thiểu vấn đề khi tháo bớt đèn Chấn lưu nối tiếp tiêu thụ từ 10W đến 12W, trong khi chấn lưu điện chỉ tiêu thụ từ 1W đến 2W Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng khi tháo đèn để không làm giảm hiệu suất chiếu sáng.
5.3.3 Chiếu sáng theo công việc
Chiếu sáng theo công việc là phương pháp cung cấp độ chiếu sáng tối ưu cho các khu vực làm việc cụ thể, trong khi ánh sáng chung ở mức thấp hơn, giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả chiếu sáng Việc sử dụng đèn gắn vào máy móc hoặc đèn bàn với công suất thấp có thể tạo ra ánh sáng tốt mà vẫn giảm số lượng chùm đèn chung, từ đó tiết kiệm đáng kể năng lượng và chi phí thay thế Một số nhà máy dệt đã giảm độ cao của chùm đèn tuýp, dẫn đến việc tăng cường độ chiếu sáng và giảm gần 40% số chùm đèn Trong lĩnh vực kỹ thuật, đèn huỳnh quang compact (CFL) được ưa chuộng cho chiếu sáng theo công việc, và trong văn phòng, chiếu sáng bàn bằng CFL cũng là lựa chọn phổ biến hơn so với ánh sáng chung bằng đèn tuýp huỳnh quang.
5.3.4 Lựa chọn đèn và bộ đèn hiệu suất cao
Dưới đây là tóm tắt chi tiết về các loại đèn thông dụng, giúp bạn xác định khả năng tiết kiệm năng lượng bằng cách thay thế chúng bằng những loại đèn có hiệu suất cao hơn.
Bảng 2 Thông tin về các loại đèn thường được sử dụng.
Những ví dụ sau về thay thế đèn là rất thông dụng:
+ Lắp đèn halogen kim loại thay cho đèn hơi natri/thuỷ ngân
Đèn halogen kim loại nổi bật với chỉ số hoàn màu cao, vượt trội so với đèn hơi natri và thủy ngân, mang lại ánh sáng trắng hiệu quả Chúng là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác về màu sắc và mức chiếu sáng cao, như dây chuyền sản xuất, khu kiểm tra và cửa hàng bán tranh Vì vậy, việc lắp đặt đèn halogen kim loại là cần thiết khi cần đảm bảo độ hoàn màu.
Lắp đặt đèn hơi natri cao áp (HPSV) là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng không yêu cầu độ hoàn màu cao Đèn HPSV mang lại hiệu quả chiếu sáng vượt trội, nhưng đặc tính hoàn màu của nó lại rất thấp Vì vậy, việc sử dụng đèn HPSV phù hợp cho các khu vực như chiếu sáng đường phố, sân thể thao và các không gian ngoài trời khác.
Lắp đèn chỉ báo panen LED thay thế đèn dây tóc mang lại nhiều lợi ích cho các ngành công nghiệp, như giám sát và báo hiệu hỏng hóc Đèn dây tóc tiêu tốn nhiều năng lượng (15W/đèn) và có tuổi thọ ngắn (dưới 10.000 giờ), đồng thời nhạy cảm với dao động điện áp Trong khi đó, đèn LED chỉ tiêu thụ ít năng lượng hơn (dưới 1W/đèn), chịu được dao động điện áp tốt hơn và có tuổi thọ lên tới hơn 100.000 giờ, giúp giảm chi phí và nâng cao hiệu quả hoạt động.
Nên lắp đèn LED thay cho đèn chỉ báo bảng panen khi thiết kế
Việc lựa chọn loại đèn phù hợp phụ thuộc vào chiều cao lắp đặt và độ hoàn màu, hai yếu tố quan trọng trong quá trình quyết định Dưới đây là bảng tóm tắt về khả năng thay thế các loại đèn cùng với tiềm năng tiết kiệm năng lượng của chúng.
Bảng 3 Tiết kiệm bằng cách sử dụng đèn hiệu quả hơn.
Nếu độ hoàn màu là yếu tố quan trọng, sẽ có một số hạn chế cần lưu ý Trong hầu hết các trường hợp, bộ điều khiển và bộ đèn cũng cần được thay đổi Việc thiết kế lại hệ thống chiếu sáng với các đèn và bộ đèn hiệu suất cao hơn sẽ giúp tiết kiệm chi phí đáng kể.
Đèn tuýp là lựa chọn lý tưởng cho những không gian không có bụi, có thể thay thế cho đèn vùng lõm truyền thống với thiết kế hình lò sưởi hoặc đèn hốc tường sử dụng chụp đèn bằng axit acrilic Giải pháp này đã được chấp nhận và áp dụng rộng rãi tại nhiều văn phòng và tòa nhà thương mại.
5.3.5 Giảm điện áp dây dẫn chiếu sáng
Hình 15 cho thấy hiệu quả khác nhau của điện áp đối với hiệu suất sáng và tiêu thụ điện của đèn tuýp huỳnh quang, tương tự như ở các loại đèn phóng khí khác như đèn hơi thủy ngân, đèn halogen kim loại và đèn hơi natri Việc giảm điện áp dây dẫn chiếu sáng có thể tiết kiệm năng lượng, mặc dù có thể dẫn đến sự sụt giảm hiệu suất sáng Nhiều khu vực có điện áp lưới cao hơn vào ban đêm, do đó, giảm điện áp có thể vừa tiết kiệm năng lượng vừa duy trì hiệu suất sáng danh nghĩa Một số nhà sản xuất hiện đã cung cấp máy phản ứng và máy biến thế tiêu chuẩn, được nhiều ngành công nghiệp sử dụng và báo cáo tiết kiệm từ 5% đến 15% Các ngành công nghiệp gặp phải vấn đề điện áp cao vào ban đêm cũng có thể giảm thiểu hỏng hóc sớm của đèn.
Hình 26 Hiệu quả khác nhau của điện áp trong hiệu suất sáng và tiêu thụ điện của đèn tuýp huỳnh quang.
Bảng 4 Sự khác biệt về hiệu suất sáng và tiêu thụ điện.
Chấn lưu điện từ là thiết bị cung cấp điện áp cao cho đèn tuýp và kiểm soát dòng điện trong quá trình hoạt động Trong khi đó, chấn lưu điện tử hoạt động như một bộ dao động, chuyển đổi tần số từ 20.000 Hz đến 30.000 Hz.
Bảng dang sách giải pháp
- Giảm mức chiếu sáng thừa xuống mức tiêu chẩn bằng cách điều chỉnh, tháo đèn, vv (Biết hiệu ứng điện trước khi tháo đèn)
- Tích cực điều khiển chiếu sáng bằng đồng hồ hẹn giờ, thiết bị làm trễ, tế bào quang điện, và/hoặc bộ cảm biến chiếm chỗ
Lắp đặt đèn hiệu suất cao như đèn sợi đốt, đèn hơi thủy ngân và các loại khác là rất quan trọng Hiệu suất ánh sáng (Lumen/Oát) của các công nghệ chiếu sáng khác nhau được xếp hạng từ tốt nhất đến kém nhất như sau: hơi natri hạ áp, hơi natri cao áp, halogen kim loại, huỳnh quang, hơi thủy ngân và sợi đốt.
Khi lựa chọn chấn lưu và đèn, hãy ưu tiên các sản phẩm có công suất cao và hiệu suất lâu dài Lưu ý rằng hệ thống huỳnh quang không tương thích với đèn huỳnh quang Compact và chấn lưu điện tử.
- Nên lưu ý hạ thấp giá đèn để sử dụng ít hơn
- Lưu ý chiếu sáng tự nhiên, cửa sổ ở trần nhà, vv
- Lưu ý sơn tường bằng màu sáng hơn và sử dụng ít đèn chùm chiếu sáng hoặc công suất thấp hơn
- Sử dụng chiếu sáng theo công việc và giảm độ chiếu sáng nền
- Tái đánh giá điều khiển, loại và chiến lược chiếu sáng bên ngoài Tích cực điều khiển nó
- Thay đổi những tín hiệu đang dùng từ nóng sáng sang LED.
