Mã và tiêu chuẩn HVAC: làm mát và hiệu quả năng lượng

Dữ liệu từ Khảo sát tiêu thụ năng lượng của tòa nhà thương mại năm 2012 cho thấy Hoa Kỳ tiêu thụ 6,693 nghìn tỷ Btu năng lượng được tạo ra cho các tòa nhà thương mại. Trong đó 44% năng lượng dùng cho hệ thống HVAC và điện lạnh. Dữ liệu khảo sát quốc gia cho thấy khoảng 50% năng lượng hệ thống HVAC được sử dụng cho mục đích làm mát, thông gió và làm lạnh.

Những nỗ lực để giảm sử dụng năng lượng đã dẫn đến việc xây dựng các quy tắc và tiêu chuẩn năng lượng để thiết lập các yêu cầu hiệu quả tối thiểu cho việc xây dựng công trình mới, bổ sung xây dựng và cải tạo. Cung cấp làm mát thoải mái và hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà không chính thức là một nhiệm vụ liên tục của các kỹ sư và nhà thiết kế khi họ ngày càng phải tập trung vào các mã xây dựng tiết kiệm năng lượng và các tòa nhà hiệu suất cao. Tác động năng lượng của tòa nhà được xác định bởi các quyết định thiết kế ban đầu, hoạt động và ngân sách dự án của chủ sở hữu. Các mã và tiêu chuẩn năng lượng trình bày cho các nhà thiết kế các hướng dẫn để thực thi tiết kiệm năng lượng tối thiểu thông qua thiết kế hiệu quả và thực hiện các công nghệ thiết bị khác nhau.

Hệ thống tiêu thụ điện năng tại các tòa nhà thương mại

Thông qua các mã và tiêu chuẩn HVAC cho hiệu quả năng lượng

Các nhà thiết kế trong ngành công nghiệp HVAC phải làm quen với các quy tắc và tiêu chuẩn hệ thống HVAC. Các tiêu chuẩn hệ thống HVAC xác định các yêu cầu kỹ thuật, quy trình, hướng dẫn và hướng dẫn tối thiểu theo thỏa thuận của ngành cho các kỹ sư, nhà thiết kế hoặc nhà sản xuất. Họ cũng thiết lập tiêu chuẩn chăm sóc tối thiểu của ngành. Các tiêu chuẩn ở Hoa Kỳ chủ yếu là các tiêu chuẩn đồng thuận tự nguyện, có nghĩa là chúng được duy trì thường xuyên và được phát triển thông qua một quy trình đồng thuận. Ví dụ về các tổ chức công nghiệp phát triển các tiêu chuẩn đồng thuận tự nguyện là ASHRAE, SMACNA, NFPA và IEEE.

Ngược lại, một mã là một tiêu chuẩn đã được ban hành thành luật bởi một cơ quan có thẩm quyền (AHJ) sao cho một nhà thiết kế được yêu cầu về mặt pháp lý để tuân thủ tiêu chuẩn đó. Mã này cũng có thể bao gồm các tham chiếu đến các tiêu chuẩn bổ sung cũng có thể được thi hành. Thủ tục này được gọi là, kết hợp với nhau bằng cách tham chiếu.

Các hệ thống xây dựng địa chỉ theo tiêu chuẩn 90.1 của IECC và ASHRAE như phong bì tòa nhà, ánh sáng (ngoại thất và nội thất), hiệu quả thiết bị hệ thống HVAC tối thiểu, hệ thống HVAC, hệ thống sưởi ấm dịch vụ và điều khiển hệ thống. Các tiêu chuẩn cũng đặt ra hiệu quả năng lượng tối thiểu và yêu cầu thiết kế hệ thống. Cả hai tài liệu tham khảo đã thông qua ngôn ngữ mã để tăng sự chấp nhận của nhà nước và cải thiện khả năng thực thi.

Hoa Kỳ không có mã hoặc tiêu chuẩn năng lượng quốc gia, mặc dù chính phủ liên bang hỗ trợ phát triển các tiêu chuẩn và mã năng lượng. Bởi vì không có mã năng lượng quốc gia, mã năng lượng và tiêu chuẩn được thông qua ở cấp thẩm quyền của tiểu bang và địa phương. Con đường mà các mã năng lượng và tiêu chuẩn áp dụng cho việc áp dụng khác nhau tùy theo địa phương. Nói chung, việc áp dụng mã năng lượng được bắt đầu khi DOE đưa ra quyết định tích cực dựa trên phiên bản ASHRAE Standard 90.1 mới nhất. Việc công bố một bộ đánh giá tích cực trong các yêu cầu về tượng chuyển động chỉ đạo các tiểu bang và chính quyền địa phương xác nhận họ đã xem xét các mã xây dựng của họ. Tất cả các cập nhật cần thiết được hoàn thành để đáp ứng hoặc vượt quá phiên bản hiện tại của Tiêu chuẩn ASHRAE 90.1. Nhiều tiểu bang cũng có chu kỳ cập nhật mã riêng xảy ra độc lập với ASHRAE, DOE.

Tình trạng áp dụng mã năng lượng nhà nước kể từ tháng 4 năm 2016 (HVAC)

Các mã, tiêu chuẩn và phiên bản có hiệu lực khác nhau. Nhiều tiểu bang đã áp dụng mã thương mại IECC, cho phép đường dẫn tuân thủ thay thế thông qua Tiêu chuẩn ASHRAE 90.1. Trong các khu vực pháp lý cho phép một trong hai đường dẫn tuân thủ, nhà thiết kế phải chọn tiêu chuẩn IECC hoặc ASHRAE 90.1 làm mã năng lượng thiết kế và phải hoàn thành toàn bộ thiết kế bằng cách sử dụng mã đã chọn. Các nhà thiết kế được khuyến khích tham khảo ý kiến ​​với cơ quan cho phép tại địa phương của họ và AHJ để xác định các yêu cầu về mã năng lượng cho các tiểu bang không có mã năng lượng.

Tuân thủ các quy tắc và tiêu chuẩn hệ thống HVAC

Ngoài các mã và tiêu chuẩn được đề cập trước đó, các tài nguyên sau có thể cung cấp hướng dẫn và đề xuất bổ sung cho thiết kế hệ thống tòa nhà hiệu suất cao. Tiêu chuẩn ASHRAE 189.1 cho thiết kế công trình xanh hiệu suất cao Cung cấp hướng dẫn bền vững cho toàn bộ tòa nhà để thiết kế, xây dựng và vận hành các công trình xanh hiệu suất cao. Tiêu chuẩn này có thể được áp dụng cho xây dựng mới, bổ sung và cải tạo các tòa nhà. Nếu ASHRAE Standard 189.1 được sử dụng cho nỗ lực thiết kế, các yêu cầu thiết kế hệ thống tối thiểu và các yêu cầu về hiệu quả thiết bị được trình bày trong tiêu chuẩn đó thay thế các yêu cầu được trình bày trong Tiêu chuẩn 90.1 của ASHRAE. Ví dụ, Tiêu chuẩn ASHRAE 90.1 yêu cầu thông gió kiểm soát nhu cầu (DCV) cho các khu vực có công suất cao được phục vụ bởi các hệ thống có một hoặc nhiều tính năng sau: bộ tiết kiệm không khí, van điều tiết không khí ngoài trời tự động (OA) hoặc luồng khí ngoài trời lớn hơn 3.000 cfm. Tiêu chuẩn ASHRAE 189.1 sửa đổi yêu cầu DCV để bao gồm các hệ thống có luồng khí ngoài trời lớn hơn 1.000 cfm, từ đó tăng tiềm năng cho các cơ hội tiết kiệm năng lượng. 

Tải làm mát tiêu chuẩn hệ thống HVAC và lựa chọn thiết bị

Đối với bất kỳ dự án xây dựng mới hoặc cải tạo, kiến ​​thức toàn diện về môi trường xây dựng là rất quan trọng. Nhiều thành phần ảnh hưởng đến tải hệ thống HVAC và tiêu thụ năng lượng bao gồm phong bì tòa nhà, fenestration (kính và cửa), ánh sáng, tải cắm, chiếm chỗ, và trình tự hoạt động, để kể tên một số. Tiêu chuẩn IECC và ASHRAE 90.1 yêu cầu tải trọng làm nóng và làm mát tòa nhà phải được xác định theo Tiêu chuẩn 183 ASHRAE hoặc một quy trình tính toán tương đương đã được phê duyệt. Tiêu chuẩn 183 cung cấp các phương pháp và hướng dẫn để phát triển các tính toán tải hệ thống HVAC của tòa nhà. Hãy nhớ rằng, tính toán tải nhiệt và làm mát không giống như mô hình năng lượng tòa nhà. Các mô hình năng lượng phân tích các yêu cầu năng lượng thiết kế được đề xuất khi hệ thống hoạt động trong cả năm. Tính toán tải đo năng lượng mà hệ thống HVAC phải thêm hoặc loại bỏ khỏi vùng để duy trì các điều kiện thiết kế.

Tính toán tải hệ thống HVAC chính xác dẫn đến thiết bị có kích thước phù hợp. Các công cụ phân tích tải hỗ trợ máy tính hiện đại cho phép nhà thiết kế giảm quá khổ quá mức bằng cách loại bỏ nhiều yếu tố không chắc chắn, chẳng hạn như tính đa dạng, tải thiết bị, bóng và thời tiết. Nhà thiết kế nên xem xét các yếu tố an toàn của thiết bị một cách cẩn thận, hoặc hoàn toàn không áp dụng chúng, để tránh các thiết bị quá khổ không cần thiết. Ví dụ, không hợp lý khi áp dụng hệ số an toàn cho tải trọng tòa nhà được tính toán khi tải được cho là xảy ra vào ngày thiết kế thời tiết nóng nhất với tất cả các vùng ở điều kiện cao điểm, tất cả đèn sáng, tất cả thiết bị hoạt động và mỗi phòng đều bị chiếm dụng số lượng người cư ngụ tối đa được phép theo mã lửa (chiếm cao hơn mức hợp lý). Thiết bị quá khổ có thể hoạt động kém hiệu quả hơn và với chi phí vốn cao hơn. Điều này ảnh hưởng đến ngân sách dự án và chi phí hoạt động của chủ sở hữu. Ngoài ra, thiết bị làm mát quá khổ có thể quay vòng quá mức hoặc không hút ẩm hiệu quả.

Cả Tiêu chuẩn 90.1 của IECC và ASHRAE đều yêu cầu các tiêu chuẩn hiệu quả thiết bị tối thiểu cho tất cả các thiết bị hệ thống HVAC. Những hiệu quả tối thiểu này đại diện cho thiết bị pháp lý tồi tệ nhất của Pháp được cho phép trong thiết kế. Nhà thiết kế nên phát triển và duy trì mối quan hệ làm việc với các đại diện của nhà sản xuất như một phương tiện để sử dụng chúng làm tài nguyên trong quá trình thiết kế. Việc xem xét AEDG có thể cung cấp một ý tưởng về hiệu quả của thiết bị làm mát được nâng cao dựa trên các bảng cụ thể về khí hậu để xem xét. Yêu cầu hai hoặc ba lựa chọn thiết bị hoặc hệ thống từ nhà cung cấp và thực hiện phân tích hoàn vốn đơn giản để chứng minh mọi chi phí thiết bị đã thêm cho chủ sở hữu.

Nhà thiết kế cũng nên xem xét những điều sau đây khi lựa chọn thiết bị làm mát. Các hệ thống HVAC có kích thước để đáp ứng các điều kiện làm mát thiết kế xảy ra trong khí tượng 1% đến 2% (88 đến 175 giờ / năm) trong năm. Điều này có nghĩa là các hệ thống được cố ý quá khổ ít nhất 98% đến 99% (8,585 đến 8,672 giờ / năm) của thời gian. Do đó, các hệ thống làm mát hầu như không bao giờ hoạt động ở mức tải thiết kế đầy đủ. Các hệ thống điển hình hoạt động ở mức 50% hoặc ít hơn công suất tối đa được đánh giá của chúng. Điều này làm cho hiệu suất của thiết bị tải một phần được xem xét quan trọng đối với kích thước của thiết bị làm mát. Xem xét lựa chọn thiết bị và hệ thống có thể hoạt động hiệu quả khi tải một phần, chẳng hạn như các hệ thống yêu cầu mã sau đây:

• Hệ thống quạt thể tích không khí biến thiên (VAV) với ổ đĩa tốc độ thay đổi và điều khiển thiết lập lại áp suất tĩnh
• Hệ thống bơm công suất biến đổi với hệ thống bơm tốc độ thay đổi với điều khiển thiết lập lại áp suất
• Hệ thống làm lạnh công suất biến với máy nén tốc độ thay đổi
• Hệ thống tháp giải nhiệt công suất biến với quạt tốc độ thay đổi và điều khiển thiết lập lại
• Điều khiển đặt lại nhiệt độ:
  • Thiết lập lại nhiệt độ không khí bên cung cấp
  • Hệ thống mặt nước để thiết lập lại nhiệt độ nước lạnh và thiết lập lại nhiệt độ nước ngưng tụ.

Tiêu chuẩn làm mát hệ thống HVAC

Một ví dụ về lịch đặt lại nhiệt độ không khí cung cấp được thể hiện trong Hình 3. Các hệ thống không khí có các khu vực chỉ làm mát (phòng điện, tủ viễn thông, v.v.) yêu cầu xem xét các khu vực quan trọng này, vì chúng có thể ngăn chặn việc xử lý không khí hệ thống đơn vị (AHU) từ việc đặt lại nhiệt độ không khí cung cấp (SAT). Nếu các khu vực quan trọng được phục vụ bởi hệ thống AHU, hệ thống sẽ có khả năng đáp ứng tải khu vực tại SAT thiết lập lại. Thông thường, các khu vực quan trọng được phục vụ bởi các hệ thống chuyên dụng tách biệt với các hệ thống AHU trung tâm. Những cân nhắc trên cũng sẽ được áp dụng cho các chiến lược thiết lập lại nước lạnh.

=> Tham khảo: Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5687:2010 hệ thống điều hòa không khí

Hệ thống HVAC làm mát và phục hồi năng lượng

Các hệ thống không khí ngoài trời chuyên dụng (DOAS) có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng bằng cách loại bỏ tải điều hòa OA và tải hút ẩm khỏi tải làm mát khu vực. Một bộ DOAS riêng biệt sẽ làm nóng, làm mát và hút ẩm OA để cung cấp không khí khô, trung tính cho không gian. Điều này có tác dụng bổ sung cho việc bù đắp tải không gian tiềm ẩn với điều kiện nhiệt độ điểm sương thông gió đủ thấp hơn nhiệt độ điểm sương khu vực. Các cấu hình DOAS có thể bao gồm cuộn trao đổi trực tiếp (DX), cuộn nước lạnh, sưởi bằng khí đốt gián tiếp, cuộn nước nóng, cuộn hơi và thiết bị thu hồi năng lượng. Các hệ thống OA chuyên dụng có thể được sử dụng cùng với các hệ thống đơn vùng hoặc đa vùng. Nhiều chiến lược có thể được sử dụng để tiếp tục giảm chi phí năng lượng DOAS.

• Cân nhắc việc cung cấp OA lạnh hơn là không khí có nhiệt độ trung tính trực tiếp đến khu vực. Điều này có thể làm giảm năng lượng làm mát và có thể đáp ứng một phần tải làm mát hợp lý theo vùng. Công suất thiết bị hệ thống HVAC đầu cuối sau đó phải được giảm xuống để bù cho phần bù tải làm mát gây ra bởi nguồn cung cấp OA lạnh. Lưu ý rằng nhiều đường dẫn thiết kế có thể được thực hiện, và nhiều yếu tố khác, chẳng hạn như độ ẩm không gian, cũng cần được xem xét trong quá trình thiết kế.
• Tích hợp hệ thống thông gió kiểm soát nhu cầu (DCV) với bộ giảm chấn điều biến và trạm đo lưu lượng khí với hệ thống OA chuyên dụng. DCV có thể sử dụng kết hợp các cảm biến carbon dioxide không gian (CO2) trong các khu vực chiếm dụng nhiều và cảm biến chiếm chỗ trong các khu vực thường không có người ở và giới hạn sử dụng. Tiêu chuẩn ASHRAE 62.1 phác thảo khi một hệ thống phải sử dụng DCV. Trình tự điều khiển hoạt động có thể phức tạp, nhưng một hướng dẫn chung được trình bày trong Tiêu chuẩn 62.1 của ASHRAE.

Hệ thống HVAC làm mát và phục hồi năng lượng

Thu hồi năng lượng khí thải được sử dụng để điều kiện tiên quyết cho luồng OA bằng cách di chuyển năng lượng đến và từ luồng khí thải. Điều này có thể đạt được với các thiết bị trao đổi nhiệt hợp lý (chỉ truyền năng lượng hợp lý) hoặc tổng các thiết bị trao đổi năng lượng (truyền năng lượng hợp lý và tiềm ẩn). Trong quá trình làm mát, OA được làm lạnh trước và được hút ẩm một phần. Trong quá trình vận hành sưởi ấm, OA được làm nóng trước và được làm ẩm một phần. Các thiết bị phục hồi năng lượng không khí thường được sử dụng là các vòng chạy xung quanh, bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, bánh xe năng lượng tổng và bánh xe nhiệt. Bảng 6.5.6.1 cung cấp các điều kiện chính xác khi hệ thống HVAC yêu cầu phục hồi năng lượng. Các yêu cầu dựa trên vùng khí hậu, phần trăm viêm khớp và luồng không khí cung cấp thiết kế. Khi cần một thiết bị phục hồi năng lượng, hệ thống phải có hiệu suất tối thiểu 50%.

Khí thải và luồng khí ngoài trời nên được cân bằng càng gần càng tốt để tối đa hóa việc truyền năng lượng và duy trì áp lực tòa nhà. Bộ giảm chấn phải được lắp đặt xung quanh thiết bị phục hồi năng lượng khi hệ thống HVAC sử dụng bộ tiết kiệm không khí. Điều bắt buộc là phải giảm kích thước của thiết bị sưởi ấm và làm mát dựa trên tải thiết kế được điều chỉnh với khả năng phục hồi năng lượng. Kích thước bên phải của thiết bị sưởi ấm và làm mát sẽ tiết kiệm năng lượng theo tầng (như giảm công suất bơm, thiết bị làm lạnh giảm kích thước và nồi hơi).

Tối đa hóa các thiết kế hệ thống HVAC để làm mát thoải mái và tiết kiệm năng lượng đòi hỏi sự hiểu biết tốt về chủ sở hữu và các yêu cầu liên quan đến mã địa phương; mục tiêu năng lượng xác định; hoàn thành phối hợp liên ngành; lựa chọn thiết bị hiệu quả và đúng kích cỡ; và nhiều lần lặp thiết kế. Với các bước và hiểu biết này, các nhà thiết kế đã chuẩn bị tốt hơn để giải quyết nhiều thách thức thiết kế hệ thống gặp phải trong việc làm mát thoải mái.

Akme.com.vn