Hiệu quả đun nước nóng bằng bơm nhiệt và bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời so với dùng bình đun điện trở
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
HIỆU QUẢ ĐUN NƯỚC NÓNG BẰNG BƠM NHIỆT
VÀ BẰNG BƠM NHIỆT KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
SO VỚI DÙNG BÌNH ĐUN ĐIỆN TRỞ
EFFICIENCY OF HEAT WATER BY HEAT PUMP AND HEAT PUMP COMBINED SOLAR ENERGY
COMPARED HEATING ELEMENT
Nguyễn Quốc Uy*, Bùi Mạnh Tú
dàng lắp đặt, sử dụng và chi phí đầu tư thấp, cho nên đến
nay, các bình đun nước nóng bằng điện treo tường (thường
được gọi là bình nóng lạnh) vẫn được sử dụng phổ biến
trong các hộ gia đình. Mặc dù có một số ưu điểm trên,
TÓM TẮT
Bài báo này trình bày việc tính toán hiệu quả năng lượng và khả năng giảm
phát thải khí nhà kính khi đun nước nóng trong lĩnh vực dân dụng (tính cho 1 hộ
gia đình có 4 người) bằng bơm nhiệt hoặc bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng
nhưng xét về mặt năng lượng thì phương pháp này tỏ ra
mặt trời so với phương án dùng bình đun điện trở truyền thống. Kết quả tính
kém hiệu quả. Theo QCVN 09:2017/BXD, tổn thất nhiệt của
toán cho thấy dùng phương án bơm nhiệt đơn thuần hoặc bơm nhiệt kết hợp
bình đun ở trạng thái chờ được xác định theo công thức [4]:
năng lượng mặt trời có hiệu quả rõ rệt.
Từ khóa: Đun nước nóng; bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời; hiệu quả
năng lượng.
Emin= 5,9 + 5,3.V0,5, W
(1)
Trong đó, V là thể tích nước chứa trong bình, tính bằng
lít. Tổn thất này sẽ có giá trị khoảng 30 40W với những
bình đun có dung tích 20 40 lít, là những loại phổ biến
trong các hộ gia đình. Như vậy, với thời gian chờ 24
giờ/ngày, năng lượng tổn thất của bình đun sẽ vào khoảng
720 960W.h/ngày, tức là 0,72 0,96kW.h/ngày (số
điện/ngày). Ngay cả khi bỏ qua tổn thất này, thì với hiệu
suất truyền tải điện của lưới điện Quốc gia đạt gần 98% [5],
hiệu suất của nhà máy nhiệt điện có thể đạt tới 42,5% [6],
hiệu suất chuyển hóa năng lượng từ than (năng lượng sơ
cấp) thành nhiệt (đun nóng nước) cũng chỉ bằng:
0,98*0,425 = 0,4165, tức là chưa đến 42%, hiệu suất chuyển
hóa như vậy là rất thấp.
ABSTRACT
The paper presents the calculation of energy efficiency and emission
reduction potential of domestic hot water heating (for a household of 4 people)
by heat pump or by heat pump combined solar energy compared to heating
element. Calculation results show that using heat pump or heat pump combined
solar energy has obvious efficiency.
Keywords: Heat water; heat pump combined solar energy; energy efficiency.
Khoa Công nghệ Năng lượng, Trường Đại học Điện lực
*Email: uynq@epu.edu.vn
Ngày nhận bài: 25/4/2021
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 02/6/2021
Đun nước nóng bằng bơm nhiệt
Ngày chấp nhận đăng: 25/6/2021
Bơm nhiệt (BN) và máy lạnh có nguyên lý cấu tạo và
hoạt động hoàn toàn giống nhau, đều là máy nhiệt làm
việc theo chu trình ngược chiều. Với máy lạnh thì nhiệt hữu
ích là nhiệt lấy đi ở dàn lạnh (dàn bay hơi), còn với BN thì
nhiệt hữu ích lại là nhiệt nhả ra ở dàn nóng (dàn ngưng tụ).
Bơm nhiệt đun nước nóng sử dụng nhiệt nhả ra ở dàn
ngưng tụ để đun nước.
1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐUN NƯỚC NÓNG TRONG LĨNH
VỰC DÂN DỤNG
Mặc dù nước ta có khí hậu nhiệt đới, nhưng nhu cầu sử
dụng nước nóng trong các hộ gia đình, khách sạn, bệnh
viện,… là khá lớn và ngày càng tăng lên. Trong các hộ gia
đình, năng lượng để đun nước nóng thường chiếm một tỉ lệ
lớn, có thể tới 18% tổng năng lượng sử dụng. Đối với khu
vực khách sạn, bệnh viện, năng lượng để sản xuất nước
nóng nhiều khi chiếm tới 30% [2]. Xét trên tổng thể cả xã
hội thì mức tiêu thụ năng lượng cho việc đun nước nóng
như vậy là rất lớn, do đó tiết kiệm năng lượng trong lĩnh
vực này có ý nghĩa vô cùng quan trọng.
Đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng sạch
và miễn phí, có tiềm năng lớn nhất trong số các nguồn
năng lượng tái tạo (NLTT), ngày càng được sử dụng nhiều
hơn cho việc sản xuất trực tiếp điện năng (pin mặt trời) và
nhiệt năng, trong đó đun nước nóng là ứng dụng phổ biến
nhất, dễ thực hiện và an toàn. Một nhược điểm cố hữu của
NLTT nói chung và NLMT nói riêng là tính không ổn định.
Vào những ngày trời lạnh, nhu cầu sử dụng nước nóng
tăng cao thì cường độ bức xạ mặt trời lại giảm, thậm chí có
Đun nước nóng bằng phương pháp truyền thống
Dùng điện trở để đun nóng nước là phương pháp đã
được sử dụng từ lâu. Đây là phương pháp đơn giản nhất, dễ
118
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY
khi giảm đến 0, nên không thể có nước nóng sử dụng. Do hưởng khá nhiều của điều kiện thời tiết và có thể xác định
vậy, để đảm bảo cung cấp nước nóng ổn định, việc sử dụng theo công thức (10) [13]:
kết hợp một nguồn nhiệt dự phòng luôn là cần thiết.
COP = 5,935 + 0,056.ta - 0,062.tw
(10)
Trong đó: ta là nhiệt độ không khí môi trưởng, oC; tw là
Đun nước nóng bằng bơm nhiệt kết hợp với năng
lượng mặt trời
nhiệt độ nước nóng trong bình ngưng tụ, oC.
Mặc dù NLMT là miễn phí và sử dụng nó trực tiếp ở dạng
nhiệt có thể xem như không gây ô nhiễm môi trường, song,
do tính không ổn định của nó, để đảm bảo cung cấp nước
nóng trong mọi điều kiện thời tiết, việc sử dụng NLMT kết
hợp với một nguồn nhiệt dự phòng là cần thiết. Vì thế, sử
dụng NLMT để đun nước nóng có kết hợp với BN là một giải
pháp hợp lý cả về kinh tế lẫn kỹ thuật [2]. Việc nghiên cứu
đánh giá hiệu quả năng lượng và khả năng giảm phát thải
khi đun nước nóng bằng BN hoặc bằng BN kết hợp NLMT
cho các vùng khí hậu của Việt Nam hiện chưa được nghiên
cứu đầy đủ và đây sẽ là nội dung của nghiên cứu này.
Hệ số hiệu quả năng lượng của BN (COP) sẽ tăng khi
nhiệt độ không khí môi trường (ta) tăng và nhiệt độ nước
nóng (tw) giảm. Đồ thị hình 1 thể hiện quan hệ này.
Hình 1. Hệ số hiệu quả năng lượng của BN phụ thuộc nhiệt độ môi trường và
nhiệt độ nước nóng
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BƠM NHIỆT VÀ VỀ BỘ THU
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.2. Sơ lược cơ sở lý thuyết về năng lượng mặt trời
Cường độ bức xạ mặt trời ở bên ngoài khí quyển trái đất
theo hướng vuông góc với chùm tia bức xạ thay đổi theo
ngày và được tính theo công thức sau [10]:
2.1. Sơ lược cơ sở lý thuyết về bơm nhiệt
Công nén thực của BN được xác định:
lr= ηl , kJ/kg
(2)
s
s
Go,n= Gsc⋅ ꢂ1 + 0,033⋅ cos 360⋅nꢃ , W/m2
(11)
Trong đó: ls là công nén đoạn nhiệt thuận nghịch,
ls = i2s - i1, kJ/kg; lr là công nén đoạn nhiệt thực, lr = i2r - i1,
kJ/kg; s là hiệu suất không thuận nghịch của máy nén, phụ
thuộc vào mức độ hoàn thiện công nghệ của máy.
365
Trong đó Gsc = 1367W/m2 là hằng số mặt trời và n là số
thứ tự của ngày trong năm (n = 1 365).
Khi đi vào khí quyển của trái đất, bức xạ mặt trời va
chạm với các phân tử không khí, nước và bụi nên một phần
bị đổi hướng, đồng thời cũng có hiện tượng hấp thụ bức xạ
bởi các phân tử khí có 3 hoặc nhiều hơn 3 nguyên tử như
CO2, H2O, O3,... làm suy giảm cường độ bức xạ. Nghiên cứu
này không tập trung vào việc xác định bức xạ trên bề mặt
trái đất, mà sẽ sử dụng các số liệu về bức xạ và nhiệt độ
không khí đã được công bố trong Quy chuẩn kỹ thuật quốc
gia QCVN 02:2009/BXD [3] để tính toán cho việc đun nước
nóng. Trên cơ sở đã biết các số liệu về tổng xạ và tán xạ
trên mặt bằng, xác định được tổng xạ trên mặt nghiêng của
bộ thu NLMT như sau [10]:
Công suất nén thực của BN được xác định:
Lr= G.lr= G.ꢀi2r-i1ꢁ, W
(3)
Ở đây, G là lưu lượng khối lượng môi chất lạnh tuần
hoàn trong bơm nhiệt, g/s.
Nhiệt riêng nhả ra trong quá trình ngưng tụ (nhiệt hữu
ích của BN ứng với 1 kg môi chất):
qk= i2r-i3, kJ/kg
(4)
Năng suất nhiệt của BN được xác định theo công thức:
Qk= G.qk= G.ꢀi2r-i3ꢁ, W
Nhiệt riêng nhận vào ở nguồn lạnh:
q0= i1-i4= i1-i3, kJ/kg
Năng suất thu nhiệt ở nguồn lạnh:
Q0= G.q0= G.ꢀi1-i3ꢁ, W
(5)
(6)
(7)
GT=ꢀG-Gdꢁ⋅Rb+Gd⋅ ꢂ1+ cos βꢃ +G⋅ρg⋅ ꢂ1- cos βꢃ , W/m2 (12)
2
2
Trong đó: G là cường độ bức xạ toàn phần (tổng xạ) trên
mặt phẳng nằm ngang (mặt bằng), W/m2; Gd là tán xạ trên
mặt bằng, W/m2; GT là tổng xạ trên mặt nghiêng bộ thu,
W/m2; g là hệ số phản xạ mặt đất, phụ thuộc vào tính chất
của môi trường xung quanh bộ thu (bê tông, gạch ngói hay
cây cỏ,…); là góc nghiêng bộ thu, độ. Thông thường, để
đạt hiệu quả cao, các bộ thu thường được lắp đặt với góc
nghiêng bằng vĩ độ đặt bộ thu [10]; Rb là hệ số chuyển đổi
trực xạ từ mặt bằng lên mặt nghiêng, được xác định theo
công thức [10]:
Trên cơ sở đó, để đánh giá hiệu quả của quá trình biến
công tiêu tốn trong máy nén thành nhiệt nhả ra ở dàn
ngưng, hệ số hiệu quả năng lượng của BN được xác định
theo công thức:
Qk qk i2r i3
(8)
COP
H
Lr
lr
i2r i1
Nếu so sánh với hệ số hiệu quả của máy lạnh tương ứng
(COPR) thì:
π
'
'
cosꢀφ-βꢁ.cosδ.sinω +ꢂ ꢃ.ω .sinꢀφ-βꢁ.sinδ
s
s
180
Rb =
(13)
π
q
l +q
r
0
Q
k
k
cosφ.cosδ.sinω +ꢂ ꢃ.ω .sinφ.sinδ
s
s
COPH = = =
l
r
= 1 + COPR
(9)
180
L
r
l
r
Ở đây: δ là góc lệch (góc tạo bởi mặt phẳng hoàng đạo
và mặt phẳng xích đạo của trái đất), độ:
Với các BN đun nước nóng của một số hãng được sử
dụng phổ biến hiện nay, thông qua thực nghiệm, thấy rằng
hệ số hiệu quả năng lượng của BN (COP) thường chịu ảnh
δ = 23,45.sin(360.(284+n)/365)
(14)
119
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
- Hiệu suất của bộ thu NLMT trung bình trong ngày:
n là số thứ tự của ngày trong năm (n = 1 365); là góc
vĩ độ nơi đặt bộ thu, độ;
ω’s là góc giờ mặt trời mọc (lặn) ứng với mặt phẳng
nghiêng, độ:
η = 0,691-0,83.t*m,d-0,0035.IT.(tm* ,d)2
(22)
d
Trong đó, IT là tổng lượng bức xạ trên mặt phẳng
nghiêng của bộ thu trong 1 ngày, W.h/(m2.ngày), được xác
định theo công thức (17). Chênh lệch nhiệt độ đơn vị được
xác định theo công thức:
ω's= arccos(-tan(φ-β).tanδ)
ωs là góc giờ mặt trời mọc (lặn) ứng với mặt phẳng
ngang, độ:
ωs= arccos(-tanφ.tanδ)
(15)
t -t
i
t*m,d
=
a .ts , m2.K/W
(23)
I
T
(16)
Ở đây, ts là số giờ nắng trong ngày, xác định theo QCVN
02:2009/BXD, h/ngày.
- Năng lượng nhiệt hữu ích được cung cấp bởi bộ thu
NLMT trong 1 ngày:
Từ đây, tính tổng lượng bức xạ trên mặt phẳng bộ thu
trong 1 ngày:
IT=ꢀI-Idꢁ⋅Rb+Id⋅ ꢂ1+ cos βꢃ +I⋅ρg⋅ ꢂ1- cos βꢃ , W.h/(m2.ngày) (17)
2
2
Qu,d=ηd⋅Ac⋅IT.3,6 , kJ/ngày
(24)
Trong đó: I là cường độ bức xạ toàn phần (tổng xạ) trên
mặt phẳng nằm ngang (mặt bằng) tính trong 1 ngày,
W.h/(m2.ngày); Id là tán xạ trên mặt bằng trong 1 ngày,
W.h/(m2.ngày); IT là tổng xạ trên mặt nghiêng bộ thu trong
1 ngày, W.h/(m2.ngày);
3. TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀ MỨC GIẢM
PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH
3.1. Hiệu quả năng lượng
Tính chung cho các địa phương trên cả nước, lấy mức tiêu
thụ nước nóng bình quân đầu người là 45 lít/người/ngày. Lấy
số người trung bình trong mỗi hộ gia đình là 4 người thì mức
tiêu thụ nước nóng hàng ngày của 1 hộ sẽ là 4x45 = 180 lít.
- Lượng nhiệt cần thiết để đun nước nóng trong 1 ngày
được xác định như sau:
2.3. Công suất và hiệu suất của bộ thu năng lượng mặt trời
Trên thị trường hiện nay có khá nhiều nhà cung cấp
thiết bị đun nước nóng bằng NLMT với rất nhiều chủng loại
về mẫu mã và giá cả. Hiệu suất nhiệt của các loại bộ thu
khác nhau dùng trong dân dụng của mỗi hãng cũng rất
khác nhau, ở đây sử dụng giá trị hiệu suất trung bình theo
công thức [9]:
Qn= Gn.Cpn.(tnn-tnl), kJ/ngày
(25)
η = 0,691 - 0,83.t*m - 0,0035.GT.(tm* )2
Trong đó, tm là độ chênh nhiệt độ đơn vị, là thông số
đặc trưng cho chế độ vận hành của bộ thu:
(18)
Trong đó: tnn và tnl tương ứng là nhiệt độ nước nóng (lấy
chuẩn là 60oC) và nhiệt độ nước lạnh (gần đúng lấy bằng
nhiệt độ không khí); Cpn là nhiệt dung riêng của nước,
kJ/(kg.K), xác định theo giá trị nhiệt độ trung bình của nước
nóng và nước lạnh: tn = (tnn+tnl)/2; Gn là khối lượng nước
nóng cần đun trong ngày, kg/ngày:
*
-t
t*m= t , m2.K/W
(19)
GT là cường độ bức xạ tổng (tổng xạ) trên bề mặt bộ
thu, W/m2.
w
a
G
T
Gn= Vn.ρn/1000, kg/ngày
(26)
Vn là thể tích nước nóng, lít/ngày; n là khối lượng riêng
của nước nóng, kg/m3.
Sử dụng phần mềm EES [12], là một phần mềm chuyên
dụng để giải các phương trình và hệ phương trình kỹ thuật,
ở đó có tích hợp sẵn các hàm nhiệt động của nhiều môi
chất (nước, không khí, môi chất lạnh,…), kết hợp với các dữ
liệu thời tiết (nhiệt độ không khí trung bình, tổng xạ trên
mặt bằng,…) để giải các phương trình (13) (26), xác định
được lượng nhiệt cần thiết để đun nước nóng trong 1 ngày
theo từng tháng ứng với 13 địa danh trên cả nước.
Hình 2. Hiệu suất bộ thu phụ thuộc nhiệt độ môi trường và cường độ bức xạ
Quan hệ giữa hiệu suất bộ thu với nhiệt độ môi trường
và cường độ bức xạ được thể hiện trên hình 2.
Theo định nghĩa chung, hiệu suất của bộ thu NLMT còn
được xác định theo công thức [10]:
- Điện năng tiêu thụ trong 1 tháng cho việc đun nước
bằng bình đun điện được tính theo công thức:
Ebđ = Qn.Nd/(3600.bđ), kW.h/tháng
(27)
Q
u
η= A ⋅G
(20)
Nd là số ngày trong tháng; bđ là hiệu suất của bình đun
điện, lấy trung bình bđ = 0,95.
- Điện năng tiêu thụ hàng tháng để đun nước nóng
bằng BN đơn thuần được xác định theo công thức:
c
T
Ở đây, Qu là công suất nhiệt hữu ích của bộ thu, W; Ac là
diện tích bề mặt hấp thụ bức xạ của bộ thu NLMT, m2.
Vì vậy, công suất nhiệt của bộ thu NLMT có thể được xác
Ebn= Qn.Nd/(3600.COP), kW.h/tháng
(28)
định theo công thức: Qu= η⋅Ac⋅GT, W
(21)
Hệ số hiệu quả năng lượng COP của BN được xác định
theo công thức (10).
Để sử dụng các dữ liệu thời tiết đã được công bố trong
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 02:2009/BXD [3], các
công thức (18), (19), (20), (21) sẽ chuyển sang dạng tính cho
1 ngày:
- Lượng nhiệt do NLMT cung cấp còn thiếu trong 1 ngày
cần được bổ sung bằng BN: QBN-MT= Qn-Q , kJ/ngày (29)
MT
120
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY
Trong đó, Qn là lượng nhiệt cần thiết để đun nước nóng đối, nhỏ nhất là ở Sa Pa (68,7% và 84,9%) và lớn nhất ở Tân
trong ngày, xác định theo công thức (25); QMT là lượng nhiệt Sơn Nhất (74,6% và 100%). Xét tổng thể thì tất cả 13 địa
được cung cấp bởi bộ thu NLMT, có giá trị bằng Qu,d tính danh đặc trưng trên cả nước, việc đun nước nóng bằng BN
theo công thức (24).
- Điện năng tiêu thụ trong tháng cho BN hỗ trợ được
tính theo công thức:
kết hợp với NLMT đều đem lại hiệu quả rất cao (năng lượng
tiết kiệm được đều đạt trên 84% và thậm chí tới 100%).
3.2. Suất tiêu thụ điện năng và khả năng giảm phát thải
khi dùng bơm nhiệt hoặc dùng bơm nhiệt kết hợp với
năng lượng mặt trời để đun nước nóng
EBN-MT=QBN-MT.Nd/(3600.COP), kW.h/tháng
(30)
- Điện năng tiết kiệm được trong 1 năm khi dùng BN so
với dùng bình đun điện:
- Một đại lượng quan trọng đặc trưng cho hiệu quả
năng lượng của các hệ thống nói chung là suất tiêu thụ
điện năng e, được định nghĩa là tỉ số giữa lượng điện năng
tiêu thụ E và khối lượng vật chất cần gia công nhiệt G:
12
∑
DE1= i=1 (Ebđ,i-Ebn,i) , kW.h/năm
(31)
Trong đó, Ebđ,i và Ebn,i tương ứng là điện năng tiêu thụ
của tháng thứ i (i = 1 12) cho phương án dùng bình đun
điện và phương án dùng BN, được xác định theo công thức
(27) và công thức (28).
e = GE , kW.h/kg
(35)
Trên cơ sở định nghĩa này, xác định suất tiêu thụ điện
năng cho hệ thống đun nước nóng dùng điện trở, hệ thống
dùng BN và hệ thống dùng BN kết hợp với NLMT (số kilo
Watt giờ điện để đun 1 lít nước nóng từ nhiệt độ môi
Hoặc đánh giá hiệu quả tiết kiệm ở dạng tương đối:
DE
1
h1= ∑
.100%
(32)
12
E
bđ,i
i=1
- Điện năng tiết kiệm trong 1 năm khi dùng BN kết hợp
trường đến nhiệt độ yêu cầu, lấy là 60oC):
với NLMT so với dùng điện trở truyền thống:
E
ebđ = bđ , kW.h/lít
(36)
(37)
12
∑
DE2= i=1 (Ebđ,i-EBN-MT,i) , kW.h/năm
(33)
G
n
E
ebn = bn , kW.h/lít
Trong đó, EBN-MT,i là điện năng tiêu thụ của tháng thứ i
(i=112) cho phương án dùng BN kết hợp với NLMT, được
xác định theo công thức (30).
G
n
E
eBN-MT = BN-MT , kW.h/lít
(38)
G
n
Hoặc đánh giá hiệu quả tiết kiệm ở dạng tương đối:
- Phát thải khí nhà kính (chủ yếu là CO2) của một hệ
thống sử dụng điện năng được tính theo công thức:
DE
2
h2= ∑
.100%
(34)
12
E
bđ,i
i=1
GCO2 = E.EF, kgCO2/năm
(39)
Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 1.
Trong đó: E là điện năng sử dụng, kW.h/năm; EF là hệ số
phát thải của lưới điện, kgCO2/kW.h.
Đà Lạt và Sa Pa là 2 địa danh có nhiệt độ trung bình
thấp nhất cả nước (tương ứng là 17,9oC và 15,3oC) nên kết
quả tính toán theo bảng 1 cho thấy tiêu thụ điện năng để
đun nước nóng hàng năm bằng điện trở ở đây cũng lớn
nhất (tương ứng là 3350,7kW.h và 3557,8kW.h). Điện năng
tiết kiệm được khi dùng phương án đun nước bằng BN
hoặc bằng BN kết hợp với NLMT so với dùng điện trở có giá
trị tuyệt đối là lớn nhất ở 2 địa danh này (tương ứng là
2360,7kW.h và 2444,3kW.h, hoặc 3253,9kW.h và
3022,2kW.h). Hiệu quả tiết kiệm năng lượng ở dạng tương
Theo thông báo của Cục Biến đổi khí hậu - Bộ Tài nguyên
và Môi trường [1], hệ số phát thải trung bình của lưới điện
Việt Nam năm 2018 là EF = 0,9130 tCO2/MW.h = 0,913
kgCO2/kW.h. Sử dụng số liệu này kết hợp với kết quả tính
toán lượng tiết kiệm điện năng ở trên, xác định được mức
giảm phát thải khí nhà kính khi dùng BN và khi dùng BN kết
hợp với NLMT để đun nước ứng với 13 địa danh trên cả nước.
Bảng 1. So sánh tiêu thụ điện năng giữa các phương án (tính cho hộ gia đình có 4 người)
Dùng bơm nhiệt đơn thuần
Điện năng tiêu thụ, Điện năng tiết Hiệu quả tiết Điện năng tiêu Điện năng tiết Hiệu quả tiết
Dùng bơm nhiệt kết hợp NLMT
Dùng bình đun
điện, kW.h/năm
TT
Địa danh
kW.h/năm
805,2
873,5
1113,5
862,4
786,6
806,4
786,0
776,2
708,5
845,0
990,0
657,7
679,7
kiệm, kW.h/năm kiệm, h1, % thụ, kW.h/năm kiệm, kW.h/năm kiệm, h2, %
1
2
Lai Châu
Sơn La
2942,0
3092,8
3557,8
3055,8
2888,9
2937,0
2889,8
2866,9
2715,9
3045,3
3350,7
2593,0
2650,7
2136,8
2219,3
2444,3
2193,4
2102,3
2130,6
2103,8
2090,7
2007,4
2200,3
2360,7
1935,3
1971,0
72,6%
71,8%
68,7%
71,8%
72,8%
72,5%
72,8%
72,9%
73,9%
72,3%
70,5%
74,6%
74,4%
114,1
73,5
2827,9
3019,3
3022,2
2842,2
2723,9
2724,5
2726,4
2638,2
2649,8
3006,0
3253,9
2593,0
2648,5
96,1%
97,6%
84,9%
93,0%
94,3%
92,8%
94,3%
92,0%
97,6%
98,7%
97,1%
100,0%
99,9%
3
Sa Pa
535,6
213,6
165,0
212,5
163,4
228,7
66,1
4
5
Cao Bằng
Hà Nội
6
7
8
Phù Liễn
Thanh Hóa
Vinh
9
10
11
Đà Nẵng
Pleiku
Đà Lạt
39,3
96,8
0,0
2,2
12 Tân Sơn Nhất
13 Cần Thơ
121
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
Bảng 2. Phát thải CO2 hàng năm và mức giảm phát thải của các phương án đun nước (với 1 hộ gia đình có 4 người)
Dùng bình đun điện Dùng bơm nhiệt đơn thuần
Suất tiêu thụ Lượng phát thải Suất tiêu thụ Lượng phát Mức giảm phát Suất tiêu thụ Lượng phát thải Mức giảm
Dùng bơm nhiệt kết hợp NLMT
TT
Địa danh
điện năng, hàng năm, điện năng, thải hàng năm,
thải,
kgCO2/năm
1951
điện năng,
kW.h/lít
0,002
0,001
0,008
0,003
0,003
0,003
0,002
0,003
0,001
0,001
0,001
0,000
0,000
hàng năm, phát thải,
kgCO2/năm kgCO2/năm
kW.h/lít
0,045
0,047
0,054
0,047
0,044
0,045
0,044
0,044
0,041
0,046
0,051
0,039
0,040
kgCO2/năm
2686
2824
3248
2790
2638
2681
2638
2617
2480
2780
3059
2367
2420
kW.h/lít
0,012
0,013
0,017
0,013
0,012
0,012
0,012
0,012
0,011
0,013
0,015
0,010
0,010
kgCO2/năm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Lai Châu
Sơn La
Sa Pa
Cao Bằng
Hà Nội
Phù Liễn
Thanh Hóa
Vinh
735
798
1017
787
718
736
718
709
647
771
904
600
621
104
67
2582
2757
2759
2595
2487
2487
2489
2409
2419
2744
2971
2367
2418
2026
2232
2003
1919
1945
1921
1909
1833
2009
2155
1767
1800
489
195
151
194
149
209
60
36
88
0
2
Đà Nẵng
Pleiku
Đà Lạt
10
11
12 Tân Sơn Nhất
13 Cần Thơ
Suất tiêu thụ điện năng có giá trị càng nhỏ thì càng tốt vì
nó thể hiện khả năng tiết kiệm năng lượng càng nhiều. Theo
bảng 2, Tân Sơn Nhất và Cần Thơ có suất tiêu thụ điện năng
nhỏ nhất trong cả nước. Ở đó, suất tiêu thụ điện năng để
đun nước bằng phương án BN chỉ là 0,01kW.h/lít và bằng
[2]. Nguyen Nguyen An, 2015. Nghien cuu thiet ke, che tao he thong cung cap
nuoc nong su dung bom nhiet ket hop voi bo thu nang luong mat troi trong dieu
kien Viet Nam. General report on State-level scientific and technological research
projects, code KC.05.03/11-15.
[3]. Ministry of Construction, 2009. QCVN 02:2009/BXD - Vietnam Building
phương án BN kết hợp với NLMT thì bằng 0, tức là không cần Code Natural Physical & Climatic Data for Construction
dùng đến điện. Cũng theo kết quả tính toán ở đây, lượng
giảm phát thải khí nhà kính khi đun nước nóng bằng BN kết
hợp với NLMT ở Đà Lạt là lớn nhất (2971kgCO2/năm). Ở các
địa phương khác, nếu đun nước bằng phương án này cũng
đều giảm được rất nhiều, trên 2300kgCO2/năm. Đây sẽ là
một con số cực lớn nếu như hàng triệu hộ gia đình cùng sử
dụng phương án đun nước nóng này.
[4]. Ministry of Construction, 2017. QCVN 09:2017/BXD - National Technical
Regulation on Energy Efficiency Buildings.
that-dien-nang-tren-luoi-dien-truyen-tai-giam-009/374788.vgp.
phat-trien-nhiet-%C4%91ien-than-sieu-sach-nhu-nhat-ban--17370-3101.html.
[7]. Daniel Carbonell, Michel Y. Haller, Daniel Philippen and Elimar Frank,
2014. Simulations of combined solar thermal and heat pump systems for domestic
hot water and space heating. Energy Procedia 48, 524 – 534.
[8]. D. Carbonell, M.Y. Haller, E. Frank, 2014. Potential benefit of combining
heat pumps with solar thermal for heating and domestic hot water preparation.
Energy Procedia 57, 2656 – 2665.
[9]. Jian Wang, Zhiqiang Yin, Jing Qi, Guangbai Ma, Xijie Liu, 2015. Medium-
temperature solar collectors with all-glass solar evacuated tubes. Energy Procedia
70, 126 – 129.
[10]. John A. Duffie (deceased), William A. Beckman, 2013. Solar Engineering
of Thermal Processes. John Wiley & Sons, Fourth Edition.
[11]. Sara Eicher, Catherine Hildbrand, Annelore Kleijer, Jacques Bony, 2014.
Life cycle impact assessment of a solar assisted heat pump for domestic hot water
production and space heating. Energy Procedia 48, 813 - 818.
[12]. S. A. Klein, F. L. Alvarado. Engineering equation solver.
[13]. Zhang Yin, Long Enshen, Zhao Xinhui, Jin Zhenghao, Liu Qinjian, Liang
Fei, Ming Yang, 2017. Combined solar heating and air-source heat pump system
with energy storage: thermal performance analysis and optimization. Procedia
4. KẾT LUẬN
Đun nước nóng bằng BN hoặc bằng BN kết hợp với
NLMT đem lại hiệu quả về năng lượng cũng như khả năng
giảm phát thải khí nhà kính rất nhiều, nên được quan tâm
sử dụng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, so với phương án
đun nước bằng điện trở (với 1 hộ gia đình có 4 người):
- Điện năng tiết kiệm được hàng năm ít nhất là
1935,3kW.h/năm (nếu đun nước bằng BN ở Tân Sơn Nhất)
và nhiều nhất là 3253,9kW.h/năm (nếu đun nước bằng BN
kết hợp NLMT ở Đà Lạt);
- Lượng giảm phát thải hàng năm ít nhất là
1767kgCO2/năm (nếu dùng BN ở Tân Sơn Nhất) và nhiều nhất
là 2971kgCO2/năm (nếu dùng BN kết hợp NLMT ở Đà Lạt);
- Các địa phương ở Nam Bộ (Tân Sơn Nhất, Cần Thơ) chỉ
cần dùng NLMT là đã đủ đáp ứng nhu cầu nước nóng,
không cần dùng đến điện để đun.
Engineering 205, 4090–4097.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
AUTHORS INFORMATION
Nguyen Quoc Uy, Bui Manh Tu
Faculty of Energy Technology, Electric Power University
[1]. Ministry of Natural Resources and Environment, Department of Climate
change, 2018. Official Dispatch No. 263/BĐKH-TTBVTOD, dated 12/03/2020 On
notice of emission factor of Vietnam's power grid in 2018
122
5 trang
19/04/2022
1900
Bạn đang xem tài liệu "Hiệu quả đun nước nóng bằng bơm nhiệt và bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời so với dùng bình đun điện trở", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- hieu_qua_dun_nuoc_nong_bang_bom_nhiet_va_bang_bom_nhiet_ket.pdf
