THỊ TRƯỜNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VIỆT NAM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CỦA ĐIỀU HÒA GIA DỤNG

PGS Phạm Hoàng Lương, TS Nguyễn Việt Dũng, TS Nguyễn Nguyên An, TS Lại Ngọc Anh

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

1. Đặt vấn đề:

Hiện nay vấn đề đảm bảo an ninh năng lượng đồng thời với việc giảm thiểu phát thải công nghiệp vào môi trường, ứng phó với vấn đề biến đổi khí hậu đang là vấn đề nóng bỏng mang tính toàn cầu. Nó đặt ra một trong những thách thức lớn để đảm bảo sự phát triển bền vững của nước ta trong thế kỷ 21. Do đó song song với việc phát triển các nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo rất cần thiết phải có các giải pháp tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả. Trong khi đó theo các nghiên cứu gần đây tiêu thụ năng lượng trong khu vực nhà dân và các tòa nhà thương mại chiếm tới 23-24 % tổng điện năng tiêu thụ. Mặt khác trong các tòa nhà cao tầng hiện đại và các hộ nhà dân, tiêu thụ năng lượng cho điều hòa không khí (ĐHKK) trong các tháng mùa hè chiếm 30%¸60% toàn bộ tiêu thụ điện năng[]. Hơn nữa với mức độ tăng trưởng kinh tế như hiện nay kết hợp với sự nóng lên của khí hậu, nhu cầu sử dụng điều hòa trong khu vực các hộ dân cư ngày càng gia tăng, dẫn tới sự gia tăng đáng kể tiêu thụ điện năng tại khu vực này. Tuy nhiên cho tới nay chưa có các nghiên cứu đánh giá về hiện trạng và tiềm năng tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính CO₂ trong khu vực này vì tính đa dạng của cấu trúc các hộ gia đình cũng như về chủng loại máy điều hòa và thói quen sử dụng của các hộ. Để giải quyết vấn đề trên trước hết cần phải có đánh giá về thị trường máy điều hòa gia dụng (cục bộ) và phương pháp, thiết bị đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng các loại điều hòa dân dụng công suất nhỏ. Đây chính là nội dung của báo cáo này.

2. Đánh giá về thị trường máy điều hòa gia dụng của Việt Nam

Cho đến nay ở Việt Nam chưa có một cơ quan, tổ chức thường xuyên nghiên cứu đánh giá toàn diện về thị trường máy điều hòa, mới chỉ có kết quả nghiên cứu của một vài dự án như của Bộ Công thương 2008, các nghiên cứu của Đại học Bách khoa Hà Nội 2010. Thường xuyên đánh giá về thị trường máy điều hòa của Việt Nam chủ yếu là một số công ty của nước ngoài mà điển hình là BSRIA Co Ltd. Tuy nhiên tất cả các số liệu trên chỉ mang tính định hướng vì chưa phản ánh được hết các yếu tố của thị trường điều hòa của Việt Nam với lý do đa phần các nhà sản xuất, lắp ráp nội địa và các công ty thương mại trong nước thường không muốn cung cấp con số thực về số lượng sản phẩm và doanh số, ngoài ra còn phải kể đến một số lượng không nhỏ các điều hòa dân dụng được nhập lậu qua biên giới. Tuy vậy các nghiên cứu độc lập của các đơn vị tiến hành trong các thời gian khác nhau cũng đã cho thấy tiềm năng và tốc độ phát triển rất nhanh của thị trường máy điều hòa nói chung và thị trường máy điều hòa gia dụng Việt Nam nói riêng. Bảng 1 cho thấy mức độ tăng trưởng hàng năm và thị phần máy điều hòa dân dụng là rất lớn khoảng 20¸30% /năm trong giai đoạn 2010-2012. Các số liệu đánh giá của BSRIA Co Ltd. Năm 2009 cho kết quả đánh giá mức tăng trưởng thị trường tương đối thấp là do các đánh giá được thực hiện trong năm 2008 khi khủng hoảng tài chính thế giới đang ở đỉnh điểm. Trên thực tế đối

Bảng 1 Thị trường máy ĐHKK và thị phần điều hòa gia dụng của Việt Nam

với thị trường ĐHKK Việt Nam sự phục hồi mạnh mẽ xảy ra ngay từ năm 2009 và tới năm nay 2010 có một sự bùng nổ nhất định về thị trường máy ĐHKK. Các nghiên cứu thị trường gần đây cho thấy một số nhà cung cấp hàng đầu của thị trường máy ĐHKK của Việt Nam có mức độ tăng trưởng doanh số bán hàng rất ngoạn mục từ 30¸60%.

Đối với thị trường ĐHKK của Việt Nam thị phần của các máy điều hòa gia dụng chiếm phần lớn từ 75¸85% tùy theo các cách đánh giá khác nhau với doanh thu 250¸350 triệu USD. Trong đó loại điều hòa bán chạy nhất là điều hòa hai cục có công suất 9000¸ 18000 BTUh, doanh số loại điều hòa này chiếm xấp xỉ 35¸ 40% tổng lượng ĐHKK được bán trên thị trường. Với điều kiện thời tiết nhiệt đới gió mùa của nước ta phần lớn điều hòa gia dụng là điều hòa một chiều lạnh, chỉ có một số hộ gia đình và khách sạn, văn phòng ở Miền Bắc sử dụng điều hòa gia dụng hai chiều. Doanh số bán điều hòa hai chiều chỉ chiếm khoảng 10% so với tổng doanh số bán điều hòa gia dụng[]. Các loại điều hòa gia dụng sử dụng công nghệ biến tần tiết kiệm điện hiện chưa được sử dụng rộng rãi. Các nhà cung cấp điều hòa gia dụng chính trên thị trường được thể hiện ở bảng 2

Bảng 2.Các nhà cung cấp ĐHKK gia dụng chính trên thị trường

Trong đó dẫn đầu thị trường hiện nay là các nhà cung cấp Panasonic, LG, Carrier.

Như vậy có thể thấy :

- Thị trường điều hòa gia dụng chiếm phần lớn thị trường ĐHKK, với tốc độ tăng trưởng hàng năm rất cao hơn 20%;

- Doanh số điều hòa gia dụng khoảng 4-6 trăm nghìn chiếc cho toàn thị trường ;

- Trên thị trường điều hòa gia dụng hiện nay có rất nhiều các dạng điều hòa với các đặc tính tiêu thụ năng lượng khác nhau;

- Lĩnh vực điều hòa không khí gia dụng rất có tiềm năng thực hiện các giải pháp sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính CO₂.

Vì vậy rất quan trọng phải nghiên cứu đánh giá các đặc tính năng lượng của các loại điều hòa này. Trên cơ sở đó có thể có những giải pháp thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cho lĩnh vực này.

3. Phương pháp đánh giá tiêu thụ năng lượng của điều hòa gia dụng

Hiện nay, để đánh giá hiệu quả năng lượng của điều hòa gia dụng, phương pháp truyền thống, cho kết quả chính xác là sử dụng hệ thống phòng kiểm chuẩn. Bản chất của phương pháp này là xây dựng hai buồng có khả năng điều khiển đồng thời nhiệt độ-t,^oC và độ ẩm tương đối j, % (controlled climat chamber-testing room). Hai buồng này được cách nhiệt, cách ẩm với môi trường bên ngoài bằng các tấm panel bảo ôn, cách ẩm. Sau đó điều hòa gia dụng cần thử nghiệm được đưa vào các buồng này. Buồng thứ nhất giàn lạnh được đặt vào, trong buồng này tải nhiệt hiện và nhiệt ẩn được tạo ra bởi các thiết bị tạo tải giả, thanh đốt hoặc bơm nhiệt, thiết bị tạo ẩm. Buồng còn lại đặt dàn nóng, nhiệt độ và độ ẩm của buồng này cũng được điều khiển và duy trì bởi hệ thống điều hòa, thanh đốt bổ xung và thiết bị tạo ẩm. Chế độ nhiệt độ, độ ẩm dùng để kiểm định điều hòa gia dụng theo ISO 5151:2010 được trình bày ở bảng 3.

Bảng 3

Chế độ nhiệt độ, độ ẩm dùng để thử nghiệm điều hòa gia dụng

Với điều kiện khí hậu của nước ta là khí hậu nhiệt đới gió mùa, độ ẩm cao quanh năm, điều kiện thử nghiệm thích hợp về nhiệt độ, độ ẩm theo ISO 5151:2010 là điều kiện T1.

Máy điều hòa gia dụng khi đưa vào buồng thử nghiệm có các điều kiện khí hậu của phần dàn lạnh và dàn nóng được duy trì theo các thông số trình bày trên bảng 3 sẽ được cài đặt cho chạy ở chế độ toàn tải. Trên cơ sở các đầu đo, thiết bị chuyển đổi, lưu giữ số liệu và phần mềm tính toán phân tích chuyên dụng có thể xác định được các thông số chính sau:

Bảng 4. Các thông số chính của máy điều hòa được xác định qua thử nghiệm

Ngoài ra còn có thể xác định các thông số khác như năng suất lạnh tính theo nhiệt hiện, năng suất lạnh tính theo nhiệt ẩn, khả năng hút ẩm của điều hòa, cũng như chế độ làm lạnh tối đa của điều hòa…

Trên cơ sở các thông số nêu trên hoàn toàn có thể xác định các đặc tính năng lượng cho các loại máy điều hòa gia dụng, là bước cần thiết trong việc dán nhãn tiêu thụ năng lượng cho các loại điều hòa gia dụng có mặt trên thị trường. Giúp người tiêu dùng và chủ đầu tư có các thông tin để quyết định mua loại điều hòa nào cho phù hợp với điều kiện của mình.

Hiện nay ở Việt Nam mới có một hệ thống phòng kiểm định được Nhà nước đầu tư nhập ngoại đặt tại Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ. Hệ thống này hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu kiểm chuẩn để dán nhãn cho điều hòa gia dụng. Tuy nhiên với một thị trường điều hòa gia dụng với hàng trăm nghìn chiếc/năm gồm rất nhiều chủng loại của hàng chục hãng thì một hệ thống phòng kiểm chuẩn là không đủ. Mặc dù vậy việc tiếp tục đầu tư bằng cách nhập ngoại các hệ thống phòng kiểm chuẩn mới trong điều kiện hiện nay với số vốn đầu tư ban đầu lên tới hàng chục tỷ đồng không phải là dễ dàng với nhiều cơ quan và doanh nghiệp. Hơn nữa các hệ phòng kiểm chuẩn này mới chỉ xác định được đặc tính năng lượng của điều hòa trong chế độ ổn định với tải định mức, mặc dù trên thực tế điều hòa không khí thường làm việc ở chế độ không đầy tải và không ổn định. Để xác định được thông số đặc trưng cho trường hợp nêu trên ví dụ hệ số giảm tải tích hợp IPLV cần phải thay đổi các tham số, phần mềm điều khiển, phần mềm xử lý số liệu của các hệ thống kiểm chuẩn, việc làm này đối với các hệ thống nhập ngoại đồng bộ không phải lúc nào cũng làm được một cách dễ dàng. Thêm vào đó các hệ thống phòng kiểm chuẩn sẽ gặp phải khó khăn nhất định khi xác định COP của các máy điều hòa biến tần tại các tần số khác nhau ứng với các chế độ phụ tải. Còn nếu chỉ kiểm chuẩn ở chế độ định mức thì tiêu thụ năng lượng của điều hòa biến tần và không biến tần sai khác không lớn, mặc dù trong điều kiện giảm tải, con số này là đáng kể có thể lên tới 30¸40%.

Để khắc phục phần nào những vấn đề tồn tại nêu trên, các tác giả của báo cáo này với sự tư vấn của các chuyên gia Nhật Bản đã đề xuất, xây dựng phương pháp so sánh mức độ tiêu thụ năng lượng đơn giản giữa các loại điều hòa, thiết kế lắp đặt thử nghiệm vận hành thành công một hệ thống trang thiết bị thử nghiệm tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trong khuôn khổ dự án “ Thúc đẩy sử dụng các điều hòa công suất nhỏ có hiệu suất cao tại Việt Nam”.

4. Phương pháp so sánh mức độ tiêu thụ năng lượng

Bản chất phương pháp này là xây dựng hệ thống các phòng kiểm chuẩn rút gọn so với phương pháp truyền thống, dùng để so sánh mức độ tiêu thụ năng lượng giữa hai loại điều hòa khác nhau có cùng năng suất lạnh định mức trong cùng một điều kiện thử nghiệm và phụ tải lạnh. Hệ thống bao gồm hai buồng thí nghiệm có cùng một kích thước 4,9 x3x3,2 m được lắp đặt bên trong tòa nhà F, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, có tường dày 0,44m để tránh ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Vách và trần của buồng thí nghiệm được gép bằng các tấm panel bảo ôn và cách ẩm có đặc tính được trình bày ở bảng 5 dưới đây

Bảng 5 . Đặc tính kết cấu bao che của phòng thí nghiệm

Trong hai buồng này các giàn lạnh của hai máy điều hòa cần so sánh mức độ tiêu thụ năng lượng được lắp đặt. Hệ thống tải giả nhiệt hiện và nhiệt ẩn được lắp đặt trong 2 buồng thử nghiệm để cân bằng với tải lạnh của điều hòa. Tải giả nhiệt hiện được tạo thành bởi thanh đốt, tải giả nhiệt ẩn được tạo bởi bộ sinh hơi. Các thiết bị này được điều khiển công suất theo nguyên lý PWM (Pulse Width Modulation) bởi một bộ điều khiển PLC với màn hình điều khiển LCD 5.7” inc. Lượng nhiệt và ẩm thẩm thẩm thấu qua vách của 2 buồng thử nghiệm được xác định thông qua thực nghiệm. Đặc tính kỹ thuật của hệ thống tạo tải của buồng thử nghiệm được thể hiện trong bảng 6

Bảng 6. Đặc tính kỹ thuật của hệ thống tạo tải giả

Các giàn nóng của hai điều hòa thử nghiệm được lắp đặt trực tiếp ở ngoài trời. Vị trí lắp đặt giống nhau cùng để trong ban công, hướng đông nam, để tránh bức xạ trực tiếp của mặt trời. Chiều dài đường ống nối giữa giàn lạnh và giàn nóng là như nhau, dài 8m. Như vậy điều kiện làm việc của 2 máy điều hòa cần so sánh mức độ tiêu thụ năng lượng là tương đương như nhau. Nhiệt độ và độ ẩm đi vào giàn nóng của 2 máy điều hòa được đo bởi các đầu đo HIOKI 2301.Nhiệt độ, độ ẩm không khí vào và ra giàn lạnh được đo bởi 2 đầu đo HIOKI 9754-50. Có độ chính xác nhiệt độ +/- 0,2^oC, độ ẩm +/-1 %. Công suất điện tiêu thụ của từng điều hòa, tần số điện lưới, hệ số cosj được đo bởi các đầu đo HIOKI 2354. Toàn bộ các tín hiệu đo của các đầu đo nêu trên được chuyển đổi và ghi lại với tần số lấy mẫu 1 phút bởi bộ thu thập dữ liệu HIOKI 2391-03 được kết nối với một máy tính để bàn PC ( Hình 1).

Hình 1. Sơ đồ phòng thử nghiệm so sánh đặc tính năng lượng của 2 loại điều hòa khác nhau

Màn hình điều khiển tải trong các phòng thử nghiệm, bộ thu thập lưu giữ số liệu ( Data logger) HIOKI được trình bày trên hình 2,3

Hình 2. Màn hình điều khiển tải các phòng thử nghiệm và tủ điều khiển

Hình 3. Bộ chuyển đổi và lưu trữ giữ liệu HIOKI

Trên cơ sở các dữ liệu đo được có thể xác định các đại lượng sau của 2 máy điều hòa

Bảng 7. Các thông số của máy điều hòa được xác định qua thử nghiệm

Như vậy với phương án hệ thống phòng thử nghiệm rút gọn chúng ta có thể thấy

Về ưu điểm có thể dùng để so sánh mức độ tiêu thụ năng lượng, COP tức thời hoặc trung bình trong khoảng thời gian ứng với các mức tải khác nhau, khả năng tách ẩm của 2 máy điều hòa gia dụng có cùng năng suất lạnh định mức. Có khả năng xác định hệ số IPLV/IEER cho các loại điều hòa gia dụng. Vì cuc nóng được để tự do ngoài trời, còn tải giả bên trong ( tải hiện và tải ẩn) có thể thay đổi trong dải rất rộng nên dạng phòng thử nghiệm nêu trên có khả năng mô phỏng điều kiện hoạt động trong thực tế của các điều hòa gia dụng, do đó kết quả so sánh mức độ tiêu thụ năng lượng của các loại điều hòa có ý nghĩa thực tiễn lớn. Để minh họa điều này chúng ta có thể xem xét ví dụ so sánh mức độ tiêu tốn điện của điều hòa biến tần và không biến tần ở các dải phụ tải lạnh bằng 25%, 50%, 75%, 100% năng suất lạnh định mức. Ở chế độ chạy ổn định mức độ tiết kiệm điện của điều hòa biến tần chỉ khoảng 15¸20% cho toàn dải phụ tải, tuy nhiên ở chế độ chạy không ổn định( ở các hộ gia đình, tải luôn thay đổi, thời gian sử dụng ngắn 3-5h mỗi lần) thì mức độ tiết kiệm điện của điều hòa biến tần là từ 30¸40%. Các số liệu trên được tổng hợp từ các đo đạc thực tế của các tác giả trong 10 hộ gia đình trong thời gian 3 tháng và các số liệu đo trong phòng thí nghiệm. Giá thành của hệ thống thử nghiệm rẻ hơn hàng chục lần so với các hệ thống buồng kiểm chuẩn nhập ngoại đồng bộ, có thể chế tạo tích hợp ở trong điều kiện Việt Nam, dễ dàng chuyển giao rộng rãi. Hệ thống phòng thử nghiệm có khả năng cải tạo nâng cấp thành các phòng kiểm định ở các điều kiện chuẩn theo ISO không quá khó khăn.

Tuy vậy nhược điểm của hệ thống phòng thử nghiệm này là không xác định được năng suất lạnh và COP ở chính xác điều kiện chuẩn của ISO, để làm được điều này hệ thống bắt buộc phải nâng cấp. Mức độ chính xác của các kết quả kiểm định không bằng phòng kiểm định chuẩn.

Mặc dù vậy hệ thống phòng thử nghiệm này nếu kết hợp với phòng kiểm chuẩn mang tính Quốc gia như đã nêu trên mục 3 (có tính chất chuẩn đầu) với vai trò là các phòng thử nghiệm thứ cấp sẽ cho phép giải quyết bài toán kiểm định và đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng của các loại điều hòa gia dụng, xây dựng các giải pháp sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng một cách toàn diện hơn.

5. Kết luận

Thị trường ĐHKK của Việt Nam là thị trường rất giàu tiềm năng với mức độ tăng trưởng rất cao khoảng 20¸30 % một năm trong giai đoạn hiện nay. Thị trường này cần thiết phải được nghiên cứu và dự đoán thường xuyên. 75¸85% doanh số bán máy điều hòa của toàn thị trường là các máy nhỏ dạng gia dụng, trong đó loại bán chạy nhất tập trung vào máy hai cục có công suất từ 9000¸18000BTUh. Thị trường máy gia dụng hiện nay lên tới 4-6 trăm nghìn chiếc/ năm là con số không hề nhỏ. Trong các hộ gia đình trong thời gian mùa hè, mức độ tiêu thụ điện dành cho điều hòa là từ 30¸60% vì vậy lĩnh vực điều hòa gia dụng tiêu thụ một lượng điện năng không nhỏ, rất cần được quan tâm nghiên cứu và thúc đẩy các giải pháp TKNL. Để làm được điều này rất cần kiểm định và dán nhãn tiết kiệm năng lượng cho điều hòa gia dụng. Phòng kiểm chuẩn do Nhà nước đầu tư tại Viện Cơ khí Năng lượng & Mỏ có khả năng giải quyết vấn đề trên. Tuy nhiên một phòng kiểm chuẩn với một thị trường lớn thì không đủ, hơn nữa ở các chế độ thay đổi gần với thực tế việc sử dụng phòng kiểm chuẩn để xác định mức độ tiêu thụ năng lượng là không đơn giản. Các tác giả của báo cáo đã mạnh dạn đề xuất phương án xây dựng và chế tạo thử nghiệm thành công các phòng thử nghiệm rút gọn với ưu điểm dễ dàng so sánh mọi loại điều hòa ở mọi chế độ, ổn định, không ổn định. Dễ dàng mô phỏng điều kiện hoạt động thực tế của điều hòa gia dụng. Giá thành rẻ có khả năng chuyển giao nhân rộng cao. Công nghệ hoàn toàn do trong nước làm chủ, có thể nâng cấp lên thành các phòng kiểm chuẩn. Nếu các hệ thống thử nghiệm này được kết hợp với Phòng thí nghiệm kiểm chuẩn mang tính Quốc gia sẽ có khả năng giải quyết bài toán tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả trong lĩnh vực điều hòa không khí gia dụng.

Tài liệu tham khảo

[1]Nguyễn Hữu Dũng. Energy Effeciency in de