Hệ thống thông gió có hồi nhiệt có tiết kiệm năng lượng không?

Cách hệ thống thông gió với chức năng hồi nhiệt tiết kiệm năng lượng

Cơ chế cốt lõi: Chuyển giao năng lượng nhiệt theo thời gian thực thông qua bộ trao đổi nhiệt

Các hệ thống thông gió hồi phục nhiệt hoạt động bằng cách trao đổi năng lượng nhiệt giữa luồng không khí đi ra và luồng không khí đi vào, mà không để các luồng không khí này trộn lẫn vào nhau. Cốt lõi của quá trình này là một bộ trao đổi nhiệt đặc biệt, có khả năng truyền tới 90% lượng nhiệt thực tế từ luồng không khí thải ấm, tù túng sang luồng không khí tươi mát, lạnh hơn đang được đưa vào tòa nhà. Xét một tình huống điển hình khi nhiệt độ bên trong duy trì khoảng 20 độ C, trong khi bên ngoài lạnh giá ở mức âm 5 độ. Một thiết bị có hiệu suất 80% sẽ làm ấm luồng không khí lạnh bên ngoài này lên khoảng 16 độ trước khi nó tiếp cận hệ thống sưởi chính. Loại điều chỉnh nhiệt độ tức thì như vậy giúp giảm bớt gánh nặng cho hệ thống HVAC, vì chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài và không khí bên trong đã được thu hẹp. Và trong những tháng nóng hơn, quá trình này cũng đảo ngược lại. Hệ thống sử dụng luồng không khí mát lạnh rời khỏi tòa nhà để làm nguội luồng không khí nóng đang đi vào từ bên ngoài, nhờ đó hệ thống điều hòa không khí không phải hoạt động quá sức để chống lại cái nóng oi bức của mùa hè.

Các thành phần chính bao gồm:

• Lõi trao đổi nhiệt (loại tấm, loại quay, hoặc loại nhiệt siphon), cho phép truyền nhiệt dẫn hoặc đối lưu
• Hệ thống lọc , loại bỏ các hạt lơ lửng trong không khí trong khi duy trì độ ổn định của luồng khí
• Quạt cân bằng , duy trì áp suất và lưu lượng thể tích ổn định

Dữ liệu thực địa cho thấy việc tái sử dụng năng lượng theo chu trình kín như vậy có thể giảm 30–50% mức tiêu thụ năng lượng sưởi ấm và làm mát trong các ứng dụng dân dụng — đặc biệt là nơi thông gió cơ học thay thế cho sự xâm nhập không kiểm soát.

Các yếu tố thúc đẩy hiệu suất: Khí hậu, Thiết kế và Chất lượng lắp đặt

Mức tiết kiệm năng lượng thực tế phụ thuộc vào ba yếu tố liên quan mật thiết với nhau:

• Khí hậu : Các khu vực lạnh (ví dụ: nhiệt độ trung bình mùa đông < -10°C) mang lại hiệu quả thu hồi nhiệt ẩn cao hơn do chênh lệch nhiệt độ lớn giữa trong và ngoài nhà. Các vùng khí hậu ẩm hoặc khí hậu ẩm kết hợp được lợi nhiều hơn từ ERV, vốn truyền cả nhiệt và độ ẩm để quản lý tải ẩn.
• Thiết kế :
  • Việc tính toán kích cỡ phù hợp sẽ tránh được hiện tượng chạy ngắn chu kỳ (nếu quá lớn) hoặc thông gió không đủ (nếu quá nhỏ)
  • Việc lựa chọn bộ trao đổi nhiệt rất quan trọng: các bộ trao đổi kiểu tấm đạt hiệu suất cảm ứng tối ưu trong điều kiện khí hậu khô; lõi quay xử lý tốt hơn độ ẩm và nguy cơ đóng băng
  • Bố trí ống dẫn nên giảm thiểu các đoạn cong và chuyển tiếp để duy trì vận tốc lưu lượng không khí thiết kế và áp suất tĩnh
• Lắp đặt :
  • Rò rỉ ống dẫn có thể làm giảm hiệu suất hệ thống từ 15–30% (ASHRAE 2022)
  • Cân bằng lưu lượng không khí không đúng cách làm tăng tổn thất do thẩm thấu mất kiểm soát từ 20–40%
  • Lắp đặt thiết bị trong không gian được điều hòa ngăn ngừa đóng băng và bảo vệ hiệu suất của bộ trao đổi nhiệt

Khi được lắp đặt tối ưu trong vùng khí hậu lạnh, các hệ thống này giảm nhu cầu năng lượng sưởi ấm từ 40–60% so với các công trình không thông gió. Việc vệ sinh bộ lọc định kỳ hàng quý và kiểm tra chuyên nghiệp hàng năm giúp duy trì trên 85% hiệu suất danh định theo thời gian.

Tiết kiệm năng lượng định lượng từ hệ thống thông gió có thu hồi nhiệt

Cải tạo nhà ở: Giảm thực tế về nhu cầu năng lượng sưởi ấm

Khi các ngôi nhà cũ được nâng cấp với hệ thống HRV hoặc ERV, chủ nhà thường thấy hóa đơn sưởi ấm giảm từ 25 đến 40 phần trăm ở những khu vực lạnh như vùng khí hậu 5 đến 7. Các hệ thống hồi phục thông gió này hoạt động bằng cách thu lại khoảng 80% lượng nhiệt từ không khí thải ra khỏi nhà, do đó chúng ta không bị mất toàn bộ nhiệt lượng mỗi khi cần không khí tươi bên trong. Ví dụ, những ngôi nhà được xây dựng vào giữa thế kỷ 19 mà đã lắp đặt các hệ thống này cho thấy mức giảm trung bình khoảng 32% trong việc sử dụng năng lượng sưởi ấm. Điều này tương đương với việc tiết kiệm khoảng 1.200 đến 1.800 kilowatt giờ mỗi năm đối với hầu hết các gia đình. Số tiền tiết kiệm này đồng nghĩa với việc giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm hóa đơn hàng tháng cùng lúc.

Giảm tải HVAC và tác động đến hóa đơn tiện ích: Bằng chứng từ ASHRAE RP-1679

Nghiên cứu ASHRAE RP-1679 (2019) đã định lượng mức giảm tải trong các tòa nhà thương mại sử dụng thông gió hồi nhiệt:

Điều hòa không khí đầu vào giúp giảm 26% thời gian hoạt động của hệ thống HVAC, làm giảm hóa đơn tiện ích từ 0,15–0,28 USD mỗi foot vuông hàng năm—hiệu quả nhất ở những khu vực vượt quá 4.000 ngày độ ngày sưởi ấm.

HRV so với ERV: Lựa chọn hệ thống thông gió phù hợp có thu hồi nhiệt cho từng kiểu khí hậu

Máy thông gió thu hồi nhiệt (HRV) và máy thông gió thu hồi năng lượng (ERV) đều thu hồi năng lượng nhiệt thông qua bộ trao đổi nhiệt—nhưng khác biệt quan trọng về xử lý độ ẩm, dẫn đến sự đánh đổi hiệu suất tùy theo khí hậu.

Các khu vực lạnh và khô sẽ được hưởng lợi từ HRV, vốn chủ yếu thu hồi nhiệt hữu ích, giúp giảm nhu cầu sưởi ấm vào mùa đông khoảng 60 đến 80 phần trăm theo hướng dẫn của ASHRAE. Các hệ thống này cũng giúp không khí trong nhà không bị quá khô trong những mùa đông khắc nghiệt. Tuy nhiên, đối với những nơi có độ ẩm thay đổi, ERV là cần thiết vì chúng xử lý cả việc truyền nhiệt lẫn độ ẩm. Vào những tháng mùa hè, các thiết bị này đẩy lùi độ ẩm ngoài trời dư thừa, có thể làm giảm nhu cầu làm mát khoảng 15 đến 30%. Vào mùa đông, chúng giữ lại độ ẩm trong nhà, điều này rất quan trọng khi có sự thay đổi lớn về độ ẩm theo mùa, ảnh hưởng đến cảm giác thoải mái và gây áp lực lên thiết bị xây dựng theo thời gian.

Việc lựa chọn không phù hợp có nguy cơ làm giảm hiệu suất 20–40%: Các thiết bị ERV ở khu vực rất lạnh có thể bị đóng băng nếu không có điều khiển rã đông, trong khi các thiết bị HRV ở khu vực ẩm ướt sẽ làm tăng chi phí khử ẩm và gây khó chịu cho người sử dụng.

Hoàn vốn thực tế: Động lực vận hành và phân tích chi phí - lợi ích của hệ thống thông gió có thu hồi nhiệt

Các hệ thống thông gió có thu hồi nhiệt thường hoàn vốn trong khoảng 2–4 năm đối với cả ứng dụng dân dụng và thương mại—chủ yếu nhờ giảm tải năng lượng tiêu thụ của hệ thống HVAC. Ở vùng khí hậu lạnh, tiết kiệm được 25–40% năng lượng sưởi ấm; các vùng hỗn hợp ẩm đạt lợi ích thông qua ổn định độ ẩm và giảm nhu cầu làm mát tiềm tàng.

Tại một bệnh viện nơi các hệ thống này được triển khai, họ ghi nhận mức tiêu thụ năng lượng giảm khoảng 30% mỗi năm. Các bài kiểm tra thực tế cho thấy thông gió cơ học hoạt động lâu hơn mà không làm xấu đi chất lượng không khí trong nhà. Khi xem xét toàn bộ các chi phí liên quan - mua thiết bị, lắp đặt và chi phí bảo trì định kỳ - các bệnh viện nhận thấy hóa đơn điện hàng tháng của họ giảm từ 20% đến gần một nửa. Điều quan trọng nhất để duy trì những khoản tiết kiệm này là phải tính toán đúng kích cỡ hệ thống ngay từ đầu, đảm bảo mọi thứ hoạt động đúng khi được thiết lập ban đầu, và khuyến khích nhân viên cùng bệnh nhân sử dụng hiệu quả các tiện ích sẵn có. Kinh nghiệm cho thấy lợi ích thu được theo thời gian không chỉ nằm ở việc sở hữu phần cứng hiện đại nhưng bỏ không sử dụng, mà nằm ở mức độ phối hợp hiệu quả của mọi người trong vận hành hàng ngày.

Câu hỏi thường gặp

• 什么是 Heat Exchanger?

  Bộ trao đổi nhiệt là thiết bị truyền nhiệt từ môi trường này sang môi trường khác. Trong các hệ thống thông gió, nó cho phép thu hồi nhiệt từ không khí thải ra để làm ấm không khí tươi mới đưa vào.

• Hệ thống thông gió hồi nhiệt có thể tiết kiệm bao nhiêu năng lượng?

  Các hệ thống này có thể giảm việc sử dụng năng lượng sưởi ấm và làm mát từ 30–50% trong các ứng dụng dân dụng, đặc biệt là nơi sử dụng thông gió cơ học.

• Sự khác biệt giữa HRV và ERV là gì?

  HRV chủ yếu thu hồi nhiệt độ (nhiệt khô) và phù hợp với khí hậu lạnh, khô; trong khi ERV xử lý cả truyền nhiệt và độ ẩm, lý tưởng cho môi trường ẩm ướt xen kẽ.

• Yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống thông gió có hồi nhiệt?

  Hiệu suất bị ảnh hưởng bởi khí hậu, thiết kế và chất lượng lắp đặt. Việc tính toán kích cỡ đúng và lắp đặt chính xác sẽ giảm tổn thất, trong khi rò rỉ ống dẫn và cân bằng lưu lượng không khí sai có thể làm giảm hiệu suất.

• Thời gian hoàn vốn cho các hệ thống này là bao lâu?

  Thời gian hoàn vốn thường xảy ra trong khoảng 2–4 năm nhờ giảm tải năng lượng HVAC, tùy thuộc vào điều kiện khí hậu.