Thiết bị điều hòa không khí dùng địa nhiệt tầng đất nông

NĂM 2010 THÁNG 7 NGÀY 01

TẠP CHÍ ĐIỆN LỰC

BLOG HỘI HASCON VÀ VIỆN EEI

https://hoihasconvavieneei.blogspot.com/2014/10/thiet-bi-ieu-hoa-khong-khi-dung-ia.html

THIẾT BỊ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ DÙNG ĐỊA NHIỆT TẦNG ĐẤT NÔNG

Tiến sĩ Nguyễn Bách Phúc 

Chủ tịch Hội Tư vấn Khoa học Công nghệ và Quản lý TP. HCM HASCON 

Viện trưởng Viện Điện - Điện tử - tin học EEI

Kỹ sư Nguyễn Hữu Bính, 

Phó Viện trưởng Viện Điện-Điện tử-Tin học Tp HCM

MỞ ĐẦU

Cùng với việc mức sống được nâng lên, nhu cầu về điều hòa không khí bao gồm cả việc sưởi ấm và làm lạnh đối với nhà ở và cảc toà nhà kiến trúc, công sở cũng tăng lên. Ở các nước phát triển năng lượng tiêu hao cho sưởi ấm và làm lạnh chiếm khoảng 25%`30% tổng lượng năng lượng tiêu hao của toàn xã hội. Đối với nhiều nước đang phát triển năng lượng tiêu dùng cho dân sinh thường chiếm khoảng 30%~35% tổng lượng năng lượng phát ra; trong đónăng lượng dùng cho sưởi ấm và làm lạnh thường chiếm khoảng 30%`40%, nghĩa là năng lượng dùng cho việc sưỏi ấm và làm lạnh cũng chiếm khoảng 10%~15% tổng lượng năng lượng phát ra.

Từ sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ những năm 70 của thế kỷ trước, ngoài việc tìm mọi các để tìm kiếm và sở hữu nguồn năng lượng truyền thống và khai phá tìm kiếm các nguồn năng lương phi truyền thống khác, các nước phát triển cũng tìm mọi biện pháp để tiết kiệm năng lượng, trong để tiết kiệm năng lượng trong tiêu dùng là một nội dung cấp thiết.

Hơn 20 năm trước, với những giải pháp công nghệ mới người Mỹ đã làm sống lại một phát minh của người Thuy sĩ năm 1912 và đưa vào sử dụng “Hệ thống điều hoà không khí bằng địa nhiệt”, đồng thời biến nóthành một ngành kinh doanh thịnh vượng. Đến năm 1985 trên toàn nước Mỹ đã có 14.000 hệ thống điều hoà không khí trung tâm bằng địa nhiệt, đến năm 1997 đã có45.000 bộ, đến năm 2004 đã có hơn 400.000 bộ. Những năm gân đây loại thiết bị này có tỷ lệ tăng trưởng hàng năm từ 10% đến 15% trên toàn nước Mỹ. Đến năm 1998 19% tổng số các tòa nhà kiến trúc, trong đócó30% là các toà nhà kiến trúc mới của nước Mỹ đã sử dụng loại thiết bị điều hoà này. Ở Bắc Âu, theo thống kêđến cuối năm 1999, các thiết bị điều hoà sưởi ấm bằng địa nhiệt đã chiếm tỷ lệ khá cao trong các thiết bị điều hoà sưởi ấm, ở Thuỵ điển là 96%, Áo là 38%, Đan mạch là 27% …Bởi vì, nếu dùng để sưởi ấm loại thiết bị điều hoà không khí dùng địa nhiệt cóthể tiết kiệm 40%~50% điện năng, nếu để làm lạnh tỷ lệ đólà 30%~40% so với loại thiết bị điều hoà không khí truyền thống .

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, TÍNH ƯU VIỆT CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG  KHÍ  BẰNG  ĐỊA  NHIỆT

1/ Nguyên lý làm việc.

“Bơm nhiệt” là bộ phận chủ yếu của thiết bị điều hoà không khí”. Bơm nhiệt” gồm có máy nén khí, cac cụm bay hơi, ngưng tụ, các van điều tiết và các chi tiết phụ trợ khác.Giống như bơm nước, đưa nước từ chỗ có cao độ thấp hơn đến chỗ có cao độ cao hơn, “bơm nhiệt” cũng chuyển tải nhiệt năng từ chỗ có nhiệt độ thấp hơn đến chỗ có nhiệt độ cao hơn. Khi sưởi ấm, “bơm nhiệt “đưa nguồn nhiệt năng từ bên ngoài có nhiệt độ thấp hơn để vào sưởi ấm cho nhà ở và các toà kiến trúc có nhiệt độ cao hơn; khi làm lạnh “bơm nhiệt” đưa nguồn nhiệt năng trong nhà có nhiệt độ thấp hơn ra ngoài trời có nhiệt độ cao hơn. Có thể thấy rằng, “bơm nhiệt” trong thiết bị điều hoà không khí luôn luôn phải làm việc trong điều kiện có tải trọng nhiệt lớn, do đó phải tiêu hao nhiều năng lượng.

Đã từ lâu, loài người đã sớm nhận ra một điều là, nguồn nước ngầm ngay dưới mặt đất có nhiệt độ ổn định hơn so với không khỉ trên mặt đất. Mùa đông, nước ngầm ấm hơn không khí, mùa hè nước ngầm mát hơn không khí. Nói chung tầng nước ngầm dưới mặt đất có nhiệt độ dao động trong khoảng 10*C~25*C tuỳ theo vị tríđịa lý và theo mùa vụ. Ở các nước xứ lạnh, về mùa đông, khi nhiệt độ ngoài trời xuống dưới 0*C, nguồn nước ngầm thường có nhiệt độ khoảng 10*C sẽ là một nguồn nhiệt năng vô tận và rẻ tiền có thể dùng để sưởi ấm. Về mùa hè, khi nhiệt độ ngoài trời lên đến 30*C ở các nước xứ lạnh và 35*C~40*C ở các nước vùng nhiệt đới  thì nguồn nước ngầm thường có nhiệt độ khoảng 25*C, nguồn nước ngầm đó có thể dùng để  làm mát. Nguồn nước ngầm nếu được dùng cho hệ thống điều hoà không khí sẽ có thể làm giảm phụ tải nhiệt cho máy “ bơm nhiệt“, từ đó có thể tiết kiệm được điện năng.

2/ Tính ưu việt của hệ thống điều hoà không khí dùng địa nhiệt .

“Địa nhiệt“là từ dùng để chỉ nguồn nhiệt năng của tầng nước ngầm kể cả nguồn nước ao hồ sông biển hoặc tầng đất ngầm. Hệ thống điều hoà không khí dùng địa nhiệt là hệ thống dùng may “bơm nhiêt” để hút “địa nhiệt” đưa vào sưởi ấm nhà ở và các toà kiến trúc hoặc hút nhiệt năng trong nhà ở hoặc các toà kiến trúc xả xuống tầng ngầm dưới đất hoặc ao hồ sông biển.

Hệ thống điều hoà không khí dùng địa nhiệt có một số ưu điểm nổi trội sau đây:

a/ Tiết kiệm năng lượng.

Hiêu suất sử dung năng lượng của hệ thống điều hoà không khí dùng địa nhiệt khi làm lạnh thường cao hơn khoảng 30%~40% , khi sưởi ấm ở các nước xứ lạnh thường cao hơn khoảng 40%~50% so với hệ tthống điều hoà truyền thống tuy thuộc theo độ chênh nhiệt độ giữa môi trường không khí và nguồn nước ngầm.

b/ Tiết kiệm chi phí.

Do giảm được tiêu hao năng lượng đồng thời do cấu tao của hệ thống điều hoà không khí dùng địa nhiêt có độ tin cậy và độ bền cao hơn, chi phi duy tu thường xuyên và chi phí sửa chữa thâp nên tông chi phi sử dụng của hệ thống này thường thấp hơn chi phí sử dụng của hệ thống điều hoà truyền thống khoảng 40%~50%.

c/ Hiêu quả bảo vệ môi trường tốt.

Hệ thống điều hoà không khí truyền thống khi làm lạnh đều thải khí nóng từ trong nhà ra môi trường không khí bên ngoài còn hệ thống điều hoà không khí bằng địa nhiệt lại đưa lượng nhiệt thải ra đó xả xuống tầng đất ngầm dưới mặt đất. Mặt khác, do cấu tao bơm nhiệt gọn nhẹ hơn và kín hơn nên hệ thống điều hoà không khídùng địa nhiệt không xẩy ra tình trạng dò rỉ khí ga làm lạnh, điều thường gặp ở hệ thống điều hoà nhiệt độ truyền thống. Từ những lý do đó, hiệu quả bảo vệ môi trường của hê thống này tốt hơn rất nhiều so với hệ thống điều hoà không khí truyền thống.

TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ BẰNG ĐỊA NHIỆT TRÊN THẾ GIỚI.

Dẫn đầu việc nghiên cứu, sản xuất và sử dụng hệ thống điều hoà không khí bằng địa nhiệt trên thế giới là nước Mỹ, tiếp đến là các nước Bắc và Trung Âu. Mỹ đã thành lập “Hiệp hội Bơm nhiệt Địa nhiệt” bao gồm Bộ Nguồn Năng lượng Liên bang, Cục Bảo vệ Môi trường, Viện Nghiên cứu Điện lực. E-đi-sơn và hàng loạt nhà máy chế tạo bơm nhiệt và hệ thống điều hoà không khí…Hàng năm hiệp hội này đầu tư hàng trăm triệu USD cho việc sáng chế , nghiên cứu và mở rộng thị trường tiêu thụ.

Các nước Pháp, Thuỵ Điển, Áo, Hà Lan, Nhật Bản…cũng đã có đầu tư rất lớn vào lĩnh vực này và cũng đã thu được nhiều kết quả đáng khích lệ.

Hơn 10 năm lại đây Trung quốc đã rất quan tâm đến hệ thống điều hoà không khí sử dung địa nhiệt, nhất là từ sau năm 2000 đên nay, nhiều Viện nghiên cứu, các trường Đai học, và hàng loạt nhà máy, công ty đã đâu tư nhiều tiền của và công sức vào lĩnh vực này. Nhiều hãng nổi tiếng của Mỹ, Canada và của các nước Châu Âu đã mở các đại lý hoặc đầu tư vào Trung quốc với các phương thức khác nhau nhằm chiếm thi phần ở thị trường khổng lồ này. Căn cứ vào tình hình và mục tiêu cụ thể, các cơ quan nghiên cứu, các nhà sả xuất và kinh doanh của Trung quốc đã nhập kỹ thuật, công nghệ của các nước Phương Tây đồng thời sáng tạo ra rất nhiều chủng loại hệ thống điêu hoà không khí dùng năng lượng mặt trời và năng lượng địa nhiệt và đã thu được nhiều kết quả khả quan. Dự báo việc phát triển mạnh mẽ của hệ thống điều hoà không khí dùng địa nhiệt sẽ góp phần đáng kể vào việc giảm tải nhu cầu nguồn năng lượng của Trung quốc.

NHỮNG SUY NGHĨ BAN ĐẦU VÀ KIẾN NGHỊ

Qua tìm hiểu bước đầu về mặt kỹ thuật công nghệ và thị trường, chúng tôi nhận thấy rằng nước ta hoàn toàn có thể và cần thiết phải đưa vào sử dụng rộng rãi hệ thống điều hoà không khí dùng địa nhiệt.

Trước hết, điều kiện sử dụng địa nhiệt tầng đất nông của nước ta rất tốt, mực nước ngầm nhìn chung đều rất cao, cách mặt đất không sâu lắm, đặc biệt hệ thống ao hồ sông biển nước ta có diện tích lớn và phân bổ đều khắp. Điều kiện địa lý đó rất có lợi cho việc sử dụng nguồn địa nhiệt.

Mặt khác, nước ta có khí hậu nóng, nhiệt độ thương niên rất cao, nhất là về mùa hè. Độ chênh nhiệt độ giữa môi trường không khí (thường là 20*C~30*C về mùa đông, 30*C~40*C về mùa hè) và tầng nước ngầm (khoảng 10*C~25*C) là khá cao ( khoảng 10*C~15*C ) . Điều kiện đó bảo đảm cho bơm nhiệt trong hệ thống điều hoà không khídùng địa nhiệt có hiệu suất rất cao, từ đó tiêt kiệm được khá lớn lượng điện năng tiêu thụ và tiết kiệm được chi phí sử dụng.

Tuy nhiên, cũng giông như các lĩnh vực khoa học công nghệ khác, viêc dẫn nhập kỹ thuật công nghệ về hệ thống điều hoà không khí dùng địa nhiệt vào nước ta cũng cần phải có sự đầu tư nghiêm túc vào việc nghiên cứu toàn diện về các mặt kinh tế kỹ thuật. Trong đó cần chú ý đầy đủ vao viêc chọn lựa các chủng loại thiết bị cụ thể sao cho phù hợp với tình hình vàđặcđiểm của nước ta, phải tao tiền đề cho viêc mở rộng phạm vi sử dụng, từng bước vươn lên giảm dần nhập khẩu và hướng tới xuất khẩu các mặt hàng có liên quan .

Bước đầu, chúng tôi xin nêu một số kiến nghị cụ thê sau đây:

1/Yêu cầu tiết kiệm năng lượng của nước ta ngày càng cấp bách, nhà nước cần có những chính sách cụ thể khuyến khích cho các hoạt động khoa học công nghệ nhằm tiết kiệm năng lượng nói chung và cụ thể đối với viêc nghiên cứu, sản xuất kinh doanh hệ thống điều hoà không khídùng địa nhiệt nói riêng .

Nếu kể cả điện năng dùng cho quạt điện và bình nước nóng để tắm rửa, lượng điện năng   dùng cho sưởi ấm và làm mát của nước ta có thể cũng đạt đến mức 10%~15% lượng điện phát ra, hoăc giả chưa đạt đến mức đó thì cũng sẽ nhanh chóng đạt tới trong một thời gian rât ngắn khi mà đời sông nhân dân được nâng lên . Hê thông điều hoà không khí này chắc chắn sẽ có thể tiêt kiêm dược 20%~30% lượng điện năng tiêu thụ, cũng có nghĩa là sẽ tiết kiệm được 2%~3%, thậm chí còn cao hơn , tổng lượng điện phat ra. Năm 2005 nganh điện nước ta đã có tổng điện lượng phát ra là 52tỷKW.h, giả định là ta đã sử dụng loại hệ thống đó, ta sẽ tiết kiệm dược 1~1,5 tỷ KW.h điện, tức là đã tiết kiệm được khoảng hơn 1000 tỷ đồng. Thực là một con số rất có ý nghĩa .

2/ Vì vậy nhà nước cần dành một khoản tiền cần thiết cho các chương trình và đề tài    nghiên cứu cơ sở lý thuyết chung, điều tra cơ bản về tài nguyên địa nhiệt của nước ta, về việc sản xuất, lắp đặt và vận hành thử các mô hình chủng loại hệ thống điều hoà không khí dùng địa nhiệt khác nhau để lựa chọn cho được những chủng loại thiết bị  phù hợp vớ điều kiện cụ thể của nước ta nhằm đạt hiêu quả cao nhất về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.

Viện Điện - Điện tử - Tin học TP. Hồ Chí Minh là một đơn vị hoạt động khoa học công nghệ, tập hợp nhiều nhà khoa học và chuyên gia kỹ thuật đang dành nhiều tâm huyết nhằm    đóng góp vào sự nghiệp khoa hoc công nghệ nói chung, vào viêc nghiên cứu phát triển và ứng dụng năng lượng tái tạo, trong đó có việc nghiên cứu đưa vào sử dung hệ thông điều hoà không khí dùng địa nhiệt tầng đất nông ở nước ta. Chúng tôi rất mong nhận được sự động viên và giup đỡ của các ngành, các cấp và sự hợp tác của các đơn vị và bạn bè xa gần  nhăm dat được muc  tiêu dưa được hệ thông điều hoà này vào cuộc sống.