Thiết Bị Ghi Công Suất 3 Pha HIOKI PW3360-20 Trong Quản Lý Năng Lượng Của Hệ Thống Chiller

September 30, 2021

Thiết Bị Ghi Công Suất 3 Pha HIOKI PW3360-20 Trong Quản Lý Năng Lượng Của Hệ Thống Chiller

Quản Lý Năng Lượng Là Gì?

Quản Lý Năng Lượng liên quan đến quá trình giám sát, điều khiển và duy trì năng lượng trong một toà nhà hoặc tổ chức [1]. Do bảo tồn năng lượng có ảnh hưởng đến chi phí năng lượng, mục tiêu phát thải và các yêu cầu pháp lý nên đó là động lực thúc đẩy phải quản lý năng lượng. Hình 1.0 thể hiện các bước liên quan đến quản lý năng lượng để tối ưu hoá hiệu suất năng lượng trong một quy trình tuần hoàn.

Hình 1.0 Các Bước Quản Lý Năng Lượng – Chu Kỳ Liên Tục

Tầm Quan Trọng Của Quản Lý Năng Lượng Trong Hệ Thống Chiller

Trong các nhà máy công nghiệp và toà nhà thương mại, mức tiêu thụ năng lượng của điều hoà không khí chiếm trên 50% chi phí năng lượng [2]. Hệ thống chiller đóng vai trò như hệ thống làm mát tập trung để giúp điều hoà không khí cho các toà nhà. Hệ thống gồm bốn thành phần chính: máy nén, bình ngưng, van tiết lưu và dàn bay hơi (Hình 2.0)

Hình 2.0 Các Thành Phần Chính Của Một Chiller

Do chi phí năng lượng tiêu thụ cao, hiệu quả năng lượng của hệ thống chiller được tối ưu thông qua quản lý năng lượng, từ đó tiết kiệm chi phí. Ngoài ra, tỷ lệ năng lượng tiêu thụ cao của điều hoà không khí tác động tiêu cực đến môi trường, như được minh hoạ trong Hình 3.0

Hình 3.0 Tiêu Thụ Năng Lượng Của Điều Hoà Không Khi Tác Động Lên Môi Trường

Thiết Bị Đo Lường Dùng Cho Kiểm Toán Năng Lượng Trong Quản Lý Năng Lượng

Trong bất kỳ phương pháp Đo Lường và Xác Minh (Measurement and Verification: M&V) nào để đánh giá Hiệu suất Năng Lượng (Energy Efficiency: EE), việc định lượng chính xác hiệu suất năng lượng là một khía cạnh quan trọng nhưng đầy thách thức về mặt kỹ thuật. Một trong những mối quan tâm chính trong kiểm toán năng lượng là thiết bị đo lường không ổn định. Điều này gây ra từ nhiều nguồn như độ lặp lại, độ tái tạo, độ ổn định, sai số, độ lệch, độ phân giải, tiêu chuẩn tham chiếu và độ ổn định chuẩn tham chiếu [3].

Sự không ổn định trong đo lường có thể ảnh hưởng đến việc đánh giá rủi ro và đưa ra quyết định, tác động mục tiêu tài chính, độ an toàn và chất lượng [4]. Do đó, cần phải có hướng dẫn quy định để quản lý và giảm mức độ không chắc chắn này. Hình 4.0 thể hiện ví dụ về ảnh hưởng của sự không chắc chắn lên định lượng tiết kiệm EE, từ đó giảm thiểu nó bằng cách giảm mức tiết kiệm được báo cáo đối với báo cáo bảo tồn.

Hình 4.0 Ảnh hưởng của Sự không chắc chắn lên tiết kiệm hiệu quả năng lượng.

Green Mark BCA (Building and Construction Authority) (Singapore) quy định đối với các toà nhà phi dân sự năm 2017 mức độ không chắc chắn là 5% đối với thiết bị đo đạc được lắp đặt để tính toán hiệu quả hệ thống vận hành chiller (kW/RT) [5]. Chúng bao gồm cảm biến, bất kỳ điều hoà tín hiệu nào, hệ thống thu thập dữ liệu, và nối dây đến các thành phần.

Green Mark yêu cầu Đối Với Thiết Bị Đo Kiểm M&V Của Hệ Thống nước làm mát

Thiết Bị Ghi Công Suất 3 Pha HIOKI PW3360-20 Trong Quản Lý Năng Lượng Của Hệ Thống Chiller

Thiết bị ghi công suất 3 pha HIOKI PW3360-20 có độ chính xác cao nhất trong mọi thiết bị ghi công suất hiện có trên thị trường, với độ chính xác kết hợp khi đo công suất tác dụng là + 0.6% rdg. + 0.11%f.s. (bao gồm cảm biến dạng kìm mã 9661 lên đến 500A). Tính năng quan trọng này có nghĩa là tổng mức độ không ổn định sẽ không vượt quá giới hạn 5%, tính gộp cả các thiết bị khác (Thiết Bị Ghi Dữ Liệu + Nhiệt Độ + Cảm Biến Dòng)


Thiết Bị Ghi Công Suất 3 Pha HIOKI PW3360	Kẹp Cảm Biến HIOKI 9661

Trong đo lường Kiểm Toán Năng Lượng, Các Công Ty Về Dịch Vụ Năng Lượng (ESCO) sẽ sử dụng các thiết bị ghi công suất xách tay đã được hiệu chỉnh chuẩn của họ. Tuy nhiên, có một vài cơ sở có gắn đồng hồ đo công suất, nhưng tình trạng bảo trì các đồng hồ này là điều còn hồ nghi. Mọi phép đo công suất trong kiểm toán năng lượng nằm tại bảng điều khiển hệ thống chiller (Hình 5.0).

Hình 5.0 Các Phép Đo Kiểm Toán Năng Lượng Được Thực Hiện Tại Bảng Điều Khiển Hệ Thống Chiller

Nhằm mục đích phân tích quản lý năng lượng và thể hiện dữ liệu, ứng dụng này sẽ sử dụng dữ liệu thu trong quãng thời gian 2 ngày từ hệ thống Chiller làm lạnh nước thường được sử dụng ở các nước có khí hậu nhiệt đới. Hệ thống này sử dụng nước như tác nhân trao đổi nhiệt cho môi chất lạnh (chất làm lạnh) trong bình ngưng. Đối với kiểm toán năng lượng thực sự, phép đo dữ liệu trong 2 tuần được thực hiện trong khoảng thời gian 1 phút và được ghi đến chữ số thập phân thứ 3 [6] (Hình 6.0)

Hình 6.0 Ví Dụ Về Màn Hình Hiển Thị Trên PW3360

Hình 7.0 thể hiện luồng quy trình phân tích dữ liệu đo lường của các dữ liệu đã được thu thập trong 2 ngày cho bài viết ứng dụng này. Tuy nhiên, chỉ dữ liệu Phần B sẽ được thể hiện trong bài viết do đó là phần liên quan nhất đến quản lý năng lượng của hệ thống chiller.

Hình 7.0 Luồng Quy Trình Phân Tích Dữ Liệu Quản Lý Năng Lượng

Các giá trị trong Phần A được sử dụng trong các công thức bên dưới để tính các tham số trong Phần B.

Tổng Công Suất Tiêu Thụ Tải Làm Mát, (kW)
Sum (P_CH + P_{CH pump} + P_{CD pump} + P_CT)

Tải Làm Mát, (kW)
C_Water * Q_CHW * ΔT_(CHWR-CHWS), trong đó C_Water = Nhiệt Dung Riêng của Nước (giá trị không đổi)

Tải Làm Mát, (RT)
^{Tải làm mát (kW)} / _{TR (kW)} , trong đó TR = Tons of Refrigeration (giá trị không đổi)

Tải Bình Ngưng Loại Bỏ Nhiệt, (kW)
C_Water * Q_CDW * ΔT_(CDWR-CDWS), trong đó C_Water = Nhiệt Dung Riêng của Nước (giá trị không đổi)

Hiệu suất hệ thống, (kW/RT)
^{Tổng Công Suất Tiêu Thụ Tải Làm Mát (kW)} / _{Tải Làm Mát (RT)}

Lỗi Cân Bằng Nhiệt, (%)
^{Nhiệt_vào – Nhiệt_ra} / _{Nhiệt ra} x 100%
= ^{(P_CH + Tải Làm Mát(kW)) – (Tải Bình Ngưng Loại Bỏ Nhiệt(KW))} / _{Tải Bình Ngưng Loại Bỏ Nhiệt (kW))} x 100%

Ghi chú:

Giá trị không đổi đối với nhiệt dung riêng của nước là 4.19 kJ/ kg/¬∞C
Giá trị không đổi của TR là 3.517 kW (Được định rõ là tốc độ truyền nhiệt cần thiết để làm tan chảy 1 tấn (2000lbf) đá ở nhiệt độ 32F trong 1 ngày (24 giờ))

Hình 8.0 Hồ sơ Tải Làm Mát Hàng Ngày Trong 24 Giờ

Hình 8.0 thể hiện tiểu sử của Tải Làm Mát trong 24 giờ của cả hai ngày. Xu hướng làm mát ngày 1 cho thấy dao động rất nhỏ xuyên suốt trong ngày, có lẽ đại diện cho xu hướng dữ liệu sử dụng cuối tuần. Ngược lại, xu hướng dữ liệu ngày 2 cho thấy bất ổn định xuyên suốt ngày và mức sử dụng tải làm mát cao hơn liên tục trong khoảng 7:00 sáng – 9:30 tối, đại diện xu hướng sử dụng của các ngày trong tuần. Thông thường, dữ liệu 2 tuần với nhiều đường xu hướng cho phép người dùng kiểm tra mức độ nhất quán trong xu hướng tiêu thụ công suất trong ngày thường và cuối tuần. Các đường xu hướng này cũng cần thiết để tìm ra đỉnh tức thời trung bình của tải làm mát, được yêu cầu để xác định Dấu Xanh hạng mục tỷ lệ hiệu suất như Hình 9.0 bên dưới thể hiện.

Hình 9.0 Tỷ Lệ Hiệu Suất Hệ Thống Chiller Dấu Xanh

Phân bố biểu đồ cột của dữ liệu tải làm mát (Hình 10.0) cho phép người dùng xác định sự xuất hiện của tải làm mát thường xuyên nhất. Dựa trên dữ liệu của 2 ngày, hai dải cao nhất là 301RT – 400RT và 701RT – 800RT với sự xuất hiện lần lượt là 60.28% và 18.26%.

Chiller với tải làm mát trong hai phạm vi tải làm mát này sẽ là lựa chọn tối ưu để thay thế cho bất kỳ chiller nào trong tương lai.

Hình 10.0 Phân Bố Biểu Đồ Cột Của Tải Lạnh

Hồ sơ hiệu quả của hệ thống máy làm lạnh nước trong giai đoạn 24 giờ (Hình 11.0) chỉ ra xu hướng trung bình ổn định quanh mức 0.6kW/RT – 0.7kW/RT trong suốt cả ngày, ngoại trừ một số ngoại lệ giữa khoảng 7:00 và 7:30 sáng. Giá trị hiệu suất nhỏ nhất, cao nhất và trung bình được xác định từ biểu đồ xu hướng và được dùng với dữ liệu hồ sơ tải làm mát để tính toán mức tiết kiệm tiềm năng cho bất kỳ hoạt động nào thay thế chiller.

Hình 11.0 Hồ sơ Hiệu Suất Hệ Thống Máy Làm Lạnh Nước Trong 24 Giờ

Dựa trên tiêu chuẩn hiệu suất hệ thống chiller ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) [7], hiệu suất mong muốn nhất là khoảng nhỏ hơn 0.85kW/RT.

Tiêu chuẩn hiệu suất hệ thống chiller ASHRAE

Trong yêu cầu xếp hạng Green Mark Platinum, hiệu suất chiller phải nhỏ hơn 0.68kW/RT đối với tải làm mát <500RT. Hiệu suất đối với phân phối tải (Hình 12.0) cho người dùng thấy “điểm tốt nhất” đối với chiller để vận hành một cách hiệu quả nhất. Dữ liệu ngày 1 cho thấy chiller có thể đạt hiệu suất < 0.68kW/RT giữa dải tải làm mát khoảng 300RT – 425RT với độ nhất quán và sự xuất hiện cao. Tuy nhiên trong ngày hai, ta quan sát thấy có 3 nhóm tải làm mát riêng biệt trong phạm vi 300RT – 800RT hoạt động với dải hiệu suất là 0.6kW/RT – 0.7kW/RT. Do đó không có “điểm tốt nhất” cụ thể.

Hình 12.0 Hiệu Suất So Với Phân Phối Tải Theo Ngày

Sử dụng hồ sơ cân bằng nhiệt (HB: Heat Balance) trong cả hai ngày (Hình 13.0) và các tiêu chí Công cụ đo lường M&V Green Mark (bên dưới) để ước tính cân bằng nhiệt, tóm tắt phân tích cân bằng nhiệt được thể hiện trong Bảng 1.0. Bảng chỉ ra rằng không có vấn đề với tính toàn vẹn của cảm biến ngày 1 vì >80% dữ liệu cân bằng nhiệt nằm trong khoảng ± 5% trong khi đó Ngày 2 không đạt mức 80% mục tiêu và yêu cầu điều tra thêm về cảm biến nhiệt độ để kết luận liệu có cần thiết hiệu chỉnh lại/ thay thế cảm biến hay không.

Hình 13.0 Mô Tả Sơ Lược Cân Bằng Nhiệt (HB) Theo Ngày

Tiêu Chí Green Mark Đối Với Tính Toán Cân Bằng Nhiệt Của Hệ Thống Máy Làm Lạnh Nước

Bảng 1.0 Dữ Liệu Tóm Tắt Cho Tính Toán Cân Bằng Nhiệt Dựa Trên Green Mark

Để biết thêm thông tin về các tiêu chuẩn thực hành khác liên quan đến hiệu suất năng lượng của HVAC, mời bạn tham khảo các tài liệu sau của Quy Tác Thực Hành Tiêu Chuẩn Của Singapore:

SS 591: Code of practice for long term measurement of central chilled water system energy efficiency
SS 530: Code of practice for energy efficiency standard for building services and equipment
SS 553: Code of practice for air-conditioning and mechanical ventilation in buildings
BCA Green Mark for existing non-residential buildings

Ngoài tất cả phép đo thông số có giá trị bên trên đáp ứng yêu cầu thiết bị đo lường là 5% độ không chắc chắn, PW3360-20 của Hioki còn đi kèm các tính năng giá trị gia tăng khác như sau:

Giá cả hấp dẫn, phù hợp với các tính năng so với giá cả thị trường (Vui lòng liên hệ các văn phòng đại diện bán hàng/ NPP của Hioki để được báo giá)
Kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ

Dải đo công suất lên đến 300.00 W đến 9.0000 MW
Phép đo liên tục không ngắt quãng (thiết yếu đối với các phép đo hồ sơ công suất)

Chức năng HTTP cho phép người dùng cấu hình và giám sát thiết bị từ trình duyệt và server FTP để tải dữ liệu. Nhiều PW3360-20 và Thiết bị ghi dữ liệu đa kênh LR8450 có thể được kết nối để ghi chép theo thời gian thực bằng phần mềm miễn phí GENNECT One.

Thẻ nhớ SD 2GB (Giai đoạn đo tối đa là 1 năm với quãng thời gian đo 1 phút)

Các tính năng của Thiết bị ghi công suất 3 pha Hioki PW3360-20 trao cho người dùng sự tự tin khi thực hiện các phép đo dữ liệu kiểm toán năng lượng cần thiết trong Quản lý năng lượng hệ thống chiller. Thiết bị cũng đáp ứng các tiêu chí xếp hạng thiết bị đo M&V được đánh giá cao và được công nhận toàn cầu Green Mark.

Chi tiết về các thiết bị:

Thiết Bị Ghi Công Suất 3 Pha HIOKI PW3360

Catalog Thiết Bị Ghi Công Suất 3 Pha PW3360

Hướng Dẫn Lựa Chọn Thiết Bị Ghi Công Suất và Phân Tích Chất Lượng Điện Hioki

References

1. https://www.energylens.com/articles/energy-management

2. https://www.ijstr.org/final-print/jun2020/Electrical-Consumption-Balance-Of-Chillers-Cooling-Load.pdf

3. https://www.isobudgets.com/8-sources-of-uncertainty-in-measurement-for-every-uncertainty-budget/

4. https://www.isobudgets.com/why-measurement-uncertainty-is-important/

5. https://www.bca.gov.sg/greenmark/others/GM_ENRB_2017_simplified_criteria.pdf

6. https://www1.bca.gov.sg/docs/default-source/docs-corp-buildsg/sustainability/green-mark-enrb-2017-technical-guide.pdf 7. https://optimumenergyco.com/how-to-optimize-an-hvac-system/

Chia Sẻ