Nhu cầu về thiết bị lạnh và điều hòa không khí (ĐHKK) trên thế giới cũng như ở Việt Nam rất lớn. Hầu hết các ngành kinh tế, từ chế biến thủy sản, nông sản đến các ngành y dược, điện tử, cơ khí chính xác .v.v. đều cần đến công nghệ làm lạnh. Mức sống của con người ngày càng được nâng cao, nhu cầu về máy điều hòa không khí lại càng lớn. Bài viết này khái quát một số xu hướng phát triển ngành lạnh và ĐHKK trong thời gian tới, đồng thời cũng đưa ra một số khuyến nghị cho những người sử dụng thiết bị lạnh và thiết bị ĐHKK.
Nhìn chung trên thế giới cũng như trong nước, nhu cầu về thiết bị lạnh và điều hòa không khí rất lớn. Đặc biệt, khi mức sống ngày càng được nâng cao, các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghệ thông minh đang phát triển rất mạnh, ngành lạnh và điều hòa không khí lại càng có nhu cầu lớn hơn. Thời kỳ 4.0 đã bắt đầu và đang trên đà phát triển. Các ngành công nghiệp đang có những bước chuyển mình để thích ứng với cuộc cách mạng 4.0 đang xảy ra. Tất nhiên, ngành lạnh và điều hòa không khí cũng không thể đứng ngoài cuộc. Vậy ngành lạnh và điều hòa không khí đang đi theo những hướng nào trong các năm tới ? Trong khuôn khổ bài viết này, tác giả muốn điểm qua một số hướng đi mà ngành lạnh và điều hòa không khí trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang và sẽ thực hiện.
Có thể tóm tắt các hướng lớn mà ngành lạnh và ĐHKK phải quan tâm:
- Thiết bị phải tiết kiệm năng lượng.
- Sử dụng các môi chất lạnh thân thiện với môi trường.
- Bảo đảm chất lượng không khí.
- Điều hòa công nghệ.
- Đáp ứng yêu cầu tòa nhà thông minh, thành phố thông minh.
- Bơm nhiệt.
1. Tiết kiệm năng lượng
Theo nghiên cứu của Cơ quan năng lượng Quốc tế (IEA), tiêu thụ điện cho lĩnh vực làm lạnh năm 2016 chiếm khoảng 16% sản lượng điện trên toàn thế giới, dự báo năm 2030 mức tiêu thụ điện sẽ chiếm tới 30%. Mức độ sử dụng điện quá lớn và lớn hơn nhiều so với các ngành công nghiệp khác. Thực tế chúng ta cũng thấy đối với các khách sạn, công sở, lượng điện tiêu thụ cho điều hòa chiếm 40 – 60% lượng điện tiêu thụ chung. Do đó vấn đề tiết kiệm năng lượng là một trong những ưu tiên khi thiết kế, chế tạo máy lạnh, máy điều hòa.
Máy nén lạnh là thiết bị tiêu hao năng lượng lớn nhất trong hệ thống lạnh. Hai hướng tiết kiệm năng lượng cho máy nén là dùng biến tần cho tất cả các loại máy nén và sử dụng gối đỡ đệm từ cho các máy nén có năng suất lớn.
Trước kia, các máy nén đều sử dụng gối đỡ ổ trục kiểu vòng bi. Khi đó bắt buộc phải dùng dầu bôi trơn. Do ma sát nên tốc độ quay của máy nén bị hạn chế và do ma sát nên tổn thất năng lượng đáng kể. Gối đỡ đệm từ giữ cho trục máy nén chạy với tốc độ cao lơ lửng trong không khí nên ma sát gần như bằng không. Như vậy máy nén vừa không có tổn thất ma sát, vừa có thể chạy với tốc độ rất cao (có thể đến 40.000v/phút) nên hiệu suất cao, rất tiết kiệm năng lượng. Đặc biệt khi chạy non tải máy nén dùng gối đỡ đệm từ tổn thất năng lượng giảm đáng kể.
Đối với máy làm lạnh nước WATER CHILLER cho hệ thống điều hòa cũng như cho các ngành công nghiệp, người ta thường sử dụng biến tần cho máy nén và khi lắp vào hệ thống các thiết bị phụ như các loại bơm nước, quạt gió … cũng được lắp biến tần. Biến tần vừa giảm dòng khởi động và công suất điện tiêu hao cho máy nén được thay đổi một cách tương ứng với năng suất lạnh yêu cầu, do đó rất tiết kiệm năng lượng.
Về mặt cơ khí, giảm tiêu hao năng lượng có thể tìm biện pháp tăng cường khả năng trao đổi nhiệt của dàn ngưng (dàn nóng) và tăng cường khả năng trao đổi nhiệt cho dàn bay hơi (dàn lạnh). Các hãng cũng đã có nhiều biện pháp cải tiến, song hiệu quả của các biện pháp đưa ra không thực sự có hiệu quả cao.
Đối với các máy điều hòa dạng VRF, VRV, trước kia có thể không phải 100% máy nén là máy nén biến tần, nhưng đến nay hầu hết các hãng đã sử dụng tất cả các máy nén là biến tần. Vấn đề các hãng đang quan tâm là tăng chiều cao lớn nhất từ máy nén đến dàn lạnh thấp nhất (hiện nay phổ thông là 90m), tăng số dàn lạnh và đặc biệt hệ thống điều khiển trung tâm có khả năng điều chỉnh năng suất lạnh đến hoạt động của từng dàn lạnh, bảo đảm tiết kiệm năng lượng tối đa. Máy VRF phải kết nối tốt với hệ thống điều khiển thông minh của tòa nhà.
Với các máy điều hòa dân dụng, để tiết kiệm năng lượng, các hãng đã sử dụng máy điều hòa biến tần. Số lượng máy biến tần tăng dần từ năm này qua năm khác. Đến nay trên 50% số máy bán trên thị trường là máy biến tần. Ngoài ra, để tiết kiệm năng lượng một số hãng có những biện pháp bổ sung như chỉ cấp lạnh cho các vùng cần thiết trong phòng, dùng dàn ngưng giải nhiệt bằng nước…Tất nhiên các hãng cũng rất quan tâm đến cải tiến dàn ngưng và dàn bay hơi để tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt.
Tủ lạnh cho gia đình hay tủ lạnh thương nghiệp có rất nhiều chủng loại khác nhau, có dung tích, hình thức rất khác nhau. Tuy nhiên về mặt tiết kiệm năng lượng, các tủ lạnh hiện nay đều sử dụng máy nén biến tần. Ngoài ra, các hãng tìm cách để cách nhiệt của vỏ tủ ở mức độ tốt nhất.
2, Sử dụng môi chất lạnh thân thiện với môi trường
Bảo vệ môi trường là nhiệm vụ chung của tất cả các nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Công ước Vienna về Bảo vệ tầng ô-dôn và Nghị định thư Montreal về các chất làm suy giảm tầng ô-dôn thuộc Công ước Vienna được các nước ký kết vào năm 1987 là văn bản pháp lý toàn cầu ràng buộc trách nhiệm các quốc gia trên thế giới bảo vệ tầng ô-dôn. Sau này còn có nhiều Nghị định bổ sung để cụ thể hóa các nhiệm vụ trên. Trong Luật bảo vệ môi trường số 72/2020/QH14 của Việt Nam có hẳn một điều 92 về bảo vệ tầng ô-dôn.
Trong những năm qua, môi chất lạnh đã góp phần đáng kể vào việc phá hủy tầng ô-dôn. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng môi chất lạnh là rất lớn và tăng dần theo thời gian. Khi các nhà khoa học phát hiện ra việc phá hủy tầng ô-dôn của môi chất lạnh, có nhiều nghiên cứu để thay thế các môi chất có hại đến môi trường và đã loại bỏ chúng.
Vậy xu hướng nghiên cứu, sử dụng môi chất mới phải đạt các yêu cầu gì ? Trước hết là môi chất lạnh nên phải đáp ứng các yêu cầu về khả năng làm lanh, có các tính chất nhiệt vật lý thích hợp, có hiệu suất biến đổi năng lượng cao. Yêu cầu này các môi chất HCFC và HFC đã đáp ứng khá tốt. Tuy nhiên yêu cầu về môi trường chưa đáp ứng đươc. Thí dụ R22 được sử dụng rất phổ biến trong các máy điều hòa dân dụng, máy điều hòa VRF và các máy lạnh thương mại, máy lạnh công nghiệp thời gian qua, có tính chất nhiệt vật lý rất tốt, không phá hủy tầng ô-dôn (ODP = 0,34) nhưng hệ số làm nóng trái đất rất cao (GWP = 1900). Môi chất R410A là hỗn hợp của R32 và R125 cũng được sử dụng phổ biến trong các máy điều hòa VRF và một số loại máy lạnh khác, không phá hủy tầng ô-dôn (ODP = 0,27) nhưng hệ số nóng lên của trái đất khá cao (GWP = 1240).
Hướng nghiên cứu là tìm các môi thay thế vừa đáp ứng các yêu cầu về tính chất nhiệt vất lý, vừa không ảnh hưởng đến môi trường (Hệ số ODP và hệ số GWP) đều thấp. Tìm môi chất đồng thời đáp ứng được tất cả các yêu cầu trên là điều không tưởng. Không thể có một môi chất nào có thể sử dụng cho tất cả các loại máy lạnh, máy điều hòa. Mỗi loại môi chất thích ứng với một số chủng loại nhất định.
Hướng đầu tiên là sử dụng các môi chất tự nhiên. Các loại môi chất này vừa có sẵn, giá thành không quá cao, có tính chất vật lý tương đương với R22, R410A và đặc biệt không phá hủy tầng ô-dôn. Môi chất R717 (NH3) có ODP= 0 và GWP= 20 sử dụng cho các hệ thống lạnh công nghiệp. Môi chất CO2 cho điều hòa ô tô. Môi chất R32 có ODP=0 và GWP= 750, môi chất R 290 có ODP = 0 và GWP = 20 dùng cho điều hòa không khí dân dụng. Các tính chất về bảo vệ môi trường rất tốt, nhưng có những nhược điểm về tính chất nhiệt vật lý nên không sử dụng rộng rãi được.
Hướng quan trọng thứ 2 là tìm các môi chất lạnh khác nhau như FIC (FluoroIodoCarbon), đại diện là R13I1, các loại Hydrofluoro-Olefin (HFO) đại diện là R1234yf và R1234ze(E). Các loại môi chất này ngoài việc đáp ứng các yêu cầu về tính chất nhiệt vật lý, còn thỏa mãn các yêu cầu về bảo vệ môi trường. Các môi chất này có hệ số GWP nhỏ hơn 10. Tuy nhiên các loại môi chất này có giá thành rất cao nên chưa thể đưa vào sử dụng rộng rãi. Một số hãng đã tìm hãng môi chất cho Water chiller, VRF nhưng hiện chưa phổ thông.
Có lẽ việc nghiên cứu tìm môi chất tốt cho ngành lạnh luôn đồng hành cùng sự phát triển của ngành kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí.
Ngoài 2 hướng chính mà ngành lạnh và điều hòa không khí quan tâm, có một số vấn đề cũng được chú ý trong những năm vừa qua và những năm tới.
Trong những năm qua người ta nói nhiều đến các tòa nhà thông minh, các tòa nhà xanh. Để có một tòa nhà thông minh, tòa nhà xanh liên quan đến nhiều yếu tố như kiến trúc, xây dựng, nội thất v.vv. Trong các yếu tố đó, điều hòa không khí đóng một vị trí rất quan trọng. Xu hướng thiết kế điều hòa làm thế nào để kết nối với các hệ thống khác BMS để bảo đảm sử dụng tiết kiệm điện đồng thời điều khiển tòa nhà một cách thông minh nhất.
Môi trường ngày càng ô nhiễm các loại bụi trong không khí càng ngày càng nhiều. Khi thiết kế, lắp đặt các hệ thống điều hòa không khí cho các công trình công nghiệp, dân dụng lớn người ta phải quan tâm đến hệ thống lọc, khử bụi, làm cho môi trường sống trong sạch. Mức độ lọc bụi phụ thuộc vào yêu cầu của các đối tượng cụ thể.
Đối với các máy điều hòa gia dụng, các hãng đang tìm nhiều biện pháp để vừa lọc khí tốt, vừa có thể khử vi khuẩn, khử mùi cho không gian lắp điều hòa. Có nhiều biện pháp đã được sử dụng, song chưa có biện pháp tối ưu. Để lọc không khí tốt hơn, người ta phải lắp các máy lọc khí riêng.
Trong thời đại 4.0, các thiết bị công nghệ, môi trường gia công, chế tạo các thiết bị chính xác, phòng mổ v.v. đòi hỏi một môi trường không khí có thông số ổn định và sạch tuyệt đối. Xu hướng sản xuất điều hòa chính xác cũng là một xu hướng đang rất cần thiết.
Trong cuộc sống gia đình cũng như trong công nghiệp, nhu cầu nước nóng rất lớn. Trong thời gian qua, sử dụng lò hơi cho các hộ tiêu dùng lớn và dùng điện nấu trực tiếp nước nóng cho hộ gia đình là phổ biến. Tuy nhiên, dùng bơm nhiệt để cấp nước nóng có hiệu quả kinh tế rất cao và hiện nay các loại bơm nhiệt đã được sản xuất cung cấp cho thị trường. Xu hướng sử dụng bơm nhiệt để cấp nước nóng ngày càng phổ biến. Dùng bơm nhiệt là một biện pháp tiết kiệm năng lượng rất hiệu quả. Hiện nay các nước ở Châu Âu và Nhật bản, bơm nhiệt được sử dụng rất rộng rãi cho công nghiệp và cho hộ gia đình.
3. Một số điều cần lưu ý cho các hộ công nghiệp và hộ gia đình
Việc đầu tư cho một hệ thống lạnh công nghiệp hay một hệ thống điều hòa cho các tòa nhà hết sức tốn kém và đặc biệt đã đầu tư rồi thì khả năng thay đổi, sửa chữa sai lầm vô cùng khó khăn. Trong điều kiện nước ta, các hệ thống đó phải tồn tại 15 đến 20 năm. Do đó cần phải hết sức thận trọng, cân nhắc kỹ việc chọn phương án thiết kế, phương án chọn máy cho công trình. Có rất nhiều vấn đề cần cân nhắc lựa chọn, đòi hỏi các chuyên gia có kinh nghiệm. Tuy nhiên, để góp phần giúp các chủ đầu tư ít phạm sai lầm nhất, tác giả bài báo xin có một số gợi ý sau:
- Khi mua thiết bị phải tìm hiểu kỹ loại thiết bị đó sử dụng môi chất gì, có hiệu suất năng lượng tốt không và mức độ phá hủy môi trường, khi nào thì bị cấm sử dụng.
- Không lắp mới các loại thiết bị sử dụng các môi chất sẽ bị cấm trong thời gian tới, đặc biệt là R22. Hiện nay R22 rất rẻ, các thiết bị sử dụng R22 cũng rẻ và có hiệu qủa làm việc rất cao. Tuy nhiên R22 là chất có hệ số GWP cao nên từ năm 2030 nhà nước chỉ cho nhấp một lượng rất ít R22 để bảo trì, sửa chữa và từ 2040 sẽ cấm hoàn toàn việc sử dụng thiết bị có môi chất R22.
- Các cơ sở lạnh công nghiệp, đặc biệt ở các xí nghiệp chế biến thủy sản, các cơ sở sản xuất nước đá nên sử dụng thiết bị dùng môi chất NH3. NH3 là môi chất có khả năng làm lạnh tốt, chỉ có điều là chất độc hại nên phải cẩn thận khi lắp đặt, vận hành, không để rò rỉ môi chất ra bên ngoài.
- Hiện nay có 2 phương án lắp hệ thống điều hòa cho các khách sạn, các tòa nhà lớn: VRF (VRV) và WATER CHILER. Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng. Đối với khách sạn, thường sử dụng điều hòa 24/24 thì có thể cân nhắc chọn một trong 2 loại tùy quy mô của khách sạn. Đối với các cơ quan, chủ yếu làm việc giờ hành chính, chỉ một số rất ít các đối tượng phải làm ngoài giờ, lắp đặt VRF sử dụng sẽ tiện lợi hơn, tiết kiệm hơn.
- Đối với các hộ gia đình, khi cần lắp điều hòa, cần chú ý gì. Trên thị trường có rất nhiều hãng khác nhau, nên chọn các hãng có uy tín, có thương hiệu để mua, tuy giá cả có đắt hơn. Hiện tồn tại một số thương hiệu có giá thành rất rẻ, quảng cáo rất hay, song thực chất là các máy gia công không rõ nguồn gốc xuất xứ, tiêu hao điện năng lớn và độ bền không cao. Đối với máy cùng một hãng, nên kiểm tra số sao và trị số CSPF trên bề mặt máy. Số sao càng nhiều, trị số CSPF càng lớn càng tốt./.
Nguyễn Xuân Tiên
Hội KHKT Lạnh-ĐHKK & Hội KHCN sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Việt Nam
Tài liệu tham khảo
1. Nghiên cứu chế độ vi khí hậu trong nhà phù hợp với con người Việt Nam và đảm bảo tiết kiệm năng lượng nhất, Đề tài nghiên cứu, mã số: ĐTKHCN.211/17, Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương, 2017;
2. World Energy Outlook 2020. International Energy Agency/https://www.iea.org/reports/;
3. Report on Results of HCFC National Survey in RAC Manufacturing and Servicing Sectors for Overall Stage II HCFC Phase-out Management Plan (HPMP) Preparation in Viet Nam, 2015;
4. Danfoss Turbocor Introduction, 2016;
5. Global status of Laws and Regulations for lower GWP alternatives, 2015.
