Độ phức tạp của mô hình thiết bị xử lý không khí trong đánh giá hiệu quả năng lượng của các cơ sở bể bơi trong nhà

Độ phức tạp của mô hình thiết bị xử lý không khí trong đánh giá hiệu quả năng lượng của các cơ sở bể bơi trong nhà

On the model complexity of the air handling unit to investigate the energy efficiency of indoor swimming pool facilities

SHARE COMMENTS

1 – GIỚI THIỆU

Mô phỏng hiệu suất tòa nhà (BPS) là một công cụ mạnh mẽ được sử dụng trong thiết kế hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC). Tuy nhiên, các cơ sở bể bơi trong nhà rất phức tạp do có nhiều hiện tượng kỹ thuật diễn ra đồng thời, khiến việc xây dựng mô hình trở nên thách thức. Các quy tắc thiết kế thực nghiệm hiện tại có thể dẫn đến sai lệch đáng kể giữa hiệu suất dự đoán và thực tế.

Nghiên cứu này so sánh giữa một mô hình đơn giản hóa và một mô hình chi tiết của thiết bị xử lý không khí (AHU) tại một bể bơi ở Na Uy. Mô hình đơn giản hóa được chứng minh có độ chính xác chấp nhận được cho giai đoạn thiết kế ban đầu, trong khi mô hình chi tiết cần thiết cho phân tích hiệu suất chuyên sâu vì có thể mô phỏng các tương tác nhiệt phức tạp và lỗi điều khiển nội bộ của AHU.

Nghiên cứu đưa ra các hướng dẫn hữu ích cho việc thiết kế mô hình AHU trong BPS, một thành phần tiêu tốn năng lượng chính trong các cơ sở bể bơi trong nhà.

2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG

Hệ thống được nghiên cứu là một bể bơi trong nhà tại trung tâm thể thao Jøa, Na Uy. Cơ sở này bao gồm hệ thống xử lý không khí (AHU) tích hợp bơm nhiệt và hệ thống thu hồi nhiệt, có kết nối với mạch nước hồ bơi. AHU bao gồm quạt cấp/thoát, bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, cuộn gia nhiệt, van trộn gió và hệ thống điều khiển nhiều tầng.

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm bên trong không gian hồ bơi được thực hiện thông qua điều khiển luồng khí, hệ thống thu hồi nhiệt và chế độ vận hành thông minh theo thời gian (ban ngày/nghỉ đêm).

3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu so sánh hai loại mô hình:

– Mô hình chi tiết: Được mô phỏng bằng phần mềm IDA ICE, tích hợp toàn bộ mối quan hệ giữa không khí và nước, với điều khiển điều kiện không khí bằng bộ điều khiển điều khiển theo luật thực nghiệm (RBC).

– Mô hình đơn giản hóa: Được tách rời giữa AHU và hồ bơi, sử dụng MATLAB để tối ưu hóa hoạt động AHU bằng điều khiển tối ưu (OC), giảm yêu cầu mô phỏng chi tiết trong giai đoạn thiết kế ban đầu.

Cả hai mô hình được áp dụng cho cùng một cơ sở thực nghiệm. Các điều kiện đầu vào và trạng thái không khí được kiểm tra qua các kịch bản mùa hè, mùa đông và các điều kiện trung gian. Mô hình chi tiết được kiểm định bằng dữ liệu đo thực tế trong một tuần hoạt động ổn định vào tháng 1 năm 2020.

4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Mô hình đơn giản hóa có độ lệch dưới 5% về lưu lượng gió và dưới 5 kJ/kg về entanpi so với mô hình chi tiết. Mặc dù mô hình đơn giản hóa có một số sai số do không thể phản ánh các biến động tức thời về độ ẩm và nhiệt độ, nhưng kết quả cho thấy đủ chính xác cho thiết kế giai đoạn đầu.

Tuy nhiên, các hiện tượng như tốc độ bay hơi, thất thoát nhiệt, lượng nhiệt thu hồi và tiêu thụ điện của bơm nhiệt có sự chênh lệch giữa hai mô hình. Mô hình chi tiết có khả năng phản ánh chính xác hơn các trạng thái không khí và yêu cầu năng lượng trong các kịch bản phức tạp như mùa đông lạnh, nơi luồng không khí và độ ẩm ảnh hưởng lẫn nhau.

5 – KẾT LUẬN

Nghiên cứu kết luận rằng mức độ phức tạp của mô hình AHU có ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác khi đánh giá hiệu suất năng lượng của cơ sở bể bơi trong nhà.

– Mô hình đơn giản hóa với điều khiển tối ưu là công cụ hữu hiệu cho giai đoạn thiết kế ban đầu, đặc biệt khi thông tin chi tiết về thiết bị và điều khiển chưa đầy đủ.

– Mô hình chi tiết với điều khiển thực tế là cần thiết để đánh giá hiệu suất vận hành, phát hiện lỗi, và tối ưu hóa hệ thống trong điều kiện thực tế phức tạp.

Nghiên cứu nhấn mạnh nhu cầu cải thiện mô hình bơm nhiệt, mô hình hóa bay hơi, và kiểm soát nhiệt độ – độ ẩm nhằm nâng cao tính chính xác. Kết quả đóng góp vào phát triển các công cụ BPS cho thiết kế và vận hành hiệu quả các tòa nhà sử dụng nhiều năng lượng như bể bơi trong nhà.