ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC

PHAN VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
KHI SỬ DỤNG NGUỒN NHIỆT NƢỚC NGẦM
TRONG TRƢỜNG HỢP LẮP ĐẶT HỆ THỐNG
ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TẠI VIỆN ĐỊA CHẤT,
PHỐ CHÙA LÁNG - ĐỐNG ĐA - HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Mã số: chƣơng trình đào tạo thí điểm

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lưu Đức Hải

Hà Nội - 2015

1


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá
nhân, đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS. Lƣu Đức Hải.
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này
trung thực và chƣa từng đƣợc công bố dƣới bất kỳ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.

Học viên



MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................................. 5
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................................. 6
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................................... 7
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 9
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................................. 13
1.1. Giới thiệu tiềm năng địa nhiệt ....................................................................................... 13
1.1.1. Đặc tính nhiệt của lòng đất ................................................................................... 13
1.1.2. Tiềm năng khai thác năng lượng địa nhiệt ............................................................. 15
1.1.3. Ứng dụng địa nhiệt trong điều hòa không khí ........................................................ 17
1.2. Công nghệ điều hòa không khí bơm nhiệt lòng đất (GSHP) ......................................... 18
1.2.1. Lịch sử phát triển và thành tựu nghiên cứu ............................................................ 18
1.2.2. Công nghệ điều hòa không khí bơm nhiệt lòng đất (GSHP) .................................. 20
1.3. Ƣu nhƣợc điểm của công nghệ GSHP ........................................................................... 26
1.3.1. Ưu điểm .................................................................................................................. 26
1.3.2. Nhược điểm ............................................................................................................. 28
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP, ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN, SO SÁNH
HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG LÝ THUYẾT ....................................................... 29
2.1. Đối tƣợng và địa điểm nghiên cứu ................................................................................ 29
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................... 29
2.2.1. Phương pháp tính toán hiệu suất năng lượng của hệ thống ĐHKK ..................... 30
2.2.2. Phương pháp tính toán hiệu quả giảm nhẹ BĐKH................................................. 49
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC TẾ KHI ỨNG DỤNG LẮP ĐẶT CÔNG NGHỆ ĐIỀU HÒA
ĐỊA NHIỆT TẠI VIỆN ĐỊA CHẤT, PHỐ CHÙA LÁNG - ĐỐNG ĐA - HÀ NỘI............... 51
3.1. Đặc điểm khí hậu Hà Nội và nhu cầu điện cho ĐHKK nhà cao tầng ........................... 51
3.1.1. Đặc điểm biến động nhiệt độ không khí ................................................................. 51
3.1.2. Đặc điểm nước ngầm khu vực ................................................................................ 53
3.1.3. Nhu cầu cấp điện cho điều hòa không khí tại Hà Nội ............................................ 57

Hệ số hiệu suất

ĐHKK:

Điều hòa không khí

Fan Coil Unit (FCU):

Dàn quạt

GSHP (Ground Source Heat Pump) :

Bơm nhiệt lòng đất

KNK:

Khí nhà kính

LK:

Lỗ khoan

NLTT:

Năng lƣợng tiêu thụ

Power Input Capacity (PIC) = 1/COP:

Công suất năng lƣợng đầu vào



Nhiệt độ bay hơi

Tk:

Nhiệt độ ngƣng tụ

q0:

Năng suất lạnh riêng

ε:

Hệ số lạnh

φ:

Hệ số nhiệt

5


DANH MỤC BẢNG
Bảng

Tên

Trang

Bảng 1.1

26

Bảng 2.2

Đặc tính của các hệ thống ĐHKK thông dụng

28

Bảng 2.3

Thông số ĐHKK ngoài nhà cấp 3 tại Hà Nội theo tiêu chuẩn mới

35

Bảng 2.4

Thông số vi khí hậu trong nhà tại Hà Nội theo tiêu chuẩn mới

35

Bảng 2.5

Bảng tổng kết giá trị COPC của hệ thống và so sánh cho mùa hè

40

Bảng 2.6

Kết quả tính toán COPC của bơm nhiệt gió/gió (t0 = -40 C, tk = 400C



44

Bảng 3.1

Kết quả tính toán theo lí thuyết COP, tiêu thụ năng lượng (TTNL) và tiết kiệm
năng lượng(TKNL) cho hệ thống ĐHKK địa nhiệt và ĐHKK truyền thống

59

Bảng 3.2
Bảng 3.3





450C)

41
550C)

Kết quả điện năng tiêu thụ, hiệu quả kinh tế và giảm phát thải khí CO2 khi sử
dụng hệ thống ĐHKK địa nhiệt.
Kết quả tính toán theo lí thuyết COP, tiêu thụ năng lượng (TTNL) và tiết kiệm
năng lượng(TKNL) cho hệ thống ĐHKK địa nhiệt và ĐHKK truyền thống tại
tòa nhà văn phòng Viện Địa chất.

6



11

Hình 1.4

Nguyên lý hoạt động của hệ thống GSHP mùa hè

17

Hình 1.5

Nguyên lý hoạt động của hệ thống GSHP mùa đông

18

Hình 1.6

Loại hệ thống GSHP có ống nằm ngang

18

Hình 1.7

Loại hệ thống GSHP có ống nằm ngang

18

Hình 1.8

Loại hệ thống GSHP có ống thẳng đứng

Sự phụ thuộc của năng suất lạnh vào nhiệt độ ngng tụ

29

Hình 2.3

Sự phụ thuộc của năng suất lạnh vào nhiệt độ bay hơi

30

Hình 2.4

Chu trình lạnh thực có quá lạnh và quá nhiệt

31

Hình 2.5

Hệ số lạnh thực tế

Hình 2.6

Ký hiệu hình vẽ Chiller một chiều và hai chiều.

35

Hình 2.7

Water Chiller hai chiều giải nhiệt gió



48

Hình 3.2

Lượng mưa trung bình các tháng (mm)

49

Hình 3.3

Đồ thị biến đổi nhiệt độ trong năm, lỗ khoan Q.34.

51

Hình 3.4

Đồ thị biến đổi nhiệt độ trong năm, lỗ khoan Q.62

51

 t và hệ số lạnh lý thuyết theo chu trình Carnot c

7

32


Hình 3.5


Dàn quạt (FCU), phòng điều không (AHU)

56

Hình 3.11

Hệ thống ống dẫn nước cấp và nước thải, bù nước.

57

Hình 3.12

Đồng hồ đo nhiệt độ và điều khiển

57

Hình 3.13

Giếng cấp và giếng thải nhiệt

58

Hình 3.14

Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ trong giếng cấp và giếng giải nhiệt khi chạy máy
ĐHKK địa nhiệt

61

Hình 3.15

xuất năng lƣợng và góp phần làm suy giảm chất lƣợng môi trƣờng toàn cầu do
sự phát thải các khí nhà kính nhƣ CO2, CH4-, N2O,… vào Khí quyển ngày càng
nhiều, từ đó làm gia tăng hiệu ứng nhà kính và nóng lên của Trái đất.
Sự nóng lên của Trái đất là nguyên nhân làm gia tăng tốc độ tan băng ở
hai cực Trái đất, dẫn tới ngập úng các vùng đất thấp ven biển. BĐKH hiện nay
còn là nguyên nhân gia tăng cƣờng độ các tai biến thiên nhiên: lũ lụt, hạn hán,
xói lở bờ biển, dông bão, v.v.
Trƣớc những vấn đề mang tính chất nghiêm trọng đang diễn ra, Hội nghị
thƣợng đỉnh Liên hợp quốc tổ chức tại Janero, Braxin năm 1992 đã thông qua
Công ƣớc khung về BĐKH. Tiếp đó, 170 quốc gia trên Thế giới đã tham gia ký
kết Nghị định thƣ Kyoto, với mục tiêu giảm 5,2% khí nhà kính so với mốc phát
thải năm 1990. Ý tƣởng về “kinh tế xanh” đƣợc Chƣơng trình môi trƣờng của

9


LHQ (UNEP) khởi xƣớng năm 2008. Nhiều tổ chức và diễn đàn quốc tế đã tập
trung thảo luận về chủ đề kinh tế xanh, Nhiều giải pháp phát triển kinh tế xanh
đã đƣợc đề xuất tại Hội nghị về phát triển bền vững 2012 (Rio+20) tại Brazil.
Nhiều sáng kiến đƣợc các cơ quan Liên hợp quốc thúc đẩy hƣớng tới nền Kinh
tế Xanh nhƣ: Nông nghiệp thích ứng một cách thông minh với khí hậu (FAO),
Đầu tƣ công nghệ sạch (WB), Việc làm xanh (ILO), Kinh tế Xanh (UNEP),
Giáo dục vì sự phát triển bền vững (UNESCO), Xanh hóa khu vực y tế (WHO),
Thị trƣờng công nghệ xanh (WIPO), Tiêu chuẩn công nghệ thông tin xanh
(ITU), Giải pháp năng lƣợng xanh (UN WTO), Sản xuất sạch hơn và hiệu quả
sử dụng tài nguyên (UNEP và UNIDO), Các thành phố và biến đổi khí hậu (UNHABITAT), Tái chế tàu biển (IMO),… đang thu đƣợc nhiều kết quả tốt đẹp.
Sự khan hiếm các nguồn nhiên liệu hóa thạch cùng với mối đe dọa về
BĐKH là những động lực thúc đẩy đầu tƣ nghiên cứu phát triển các nguồn năng
lƣợng có khả năng tái tạo nhƣ năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời và năng
lƣợng sinh học với vai trò là nguồn năng lƣợng thay thế. Theo quan điểm mới

kết đề tài Khoa học Công nghệ. Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội, tr121.
3. Hà Đăng Trung, Nguyễn Quân - 2005. Cơ sở kỹ thuật Điều Hòa Không Khí,
NXB Khoa học và kỹ thuật.
4. Nguyễn Lân Dũng (2007). Địa nhiệt nguồn năng lượng vô tận.

5. Nguyễn Đức Lợi (2007). Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hòa không khí,
NXB Khoa học và kỹ thuật.
6. Nguyễn Đức Lợi (2008). Giáo trình kỹ thuật lạnh (cơ sở và ứng dụng), NXB
Bách Khoa Hà Nội.
7. Nguyễn Đức Lợi (2014). Bơm Nhiệt, NXB Giáo dục.
8. Nguyễn Đình Vịnh (2007). Nghiên cứu thực nghiệm bơm nhiệt đun nước
nóng sử dụng dàn lạnh không khí trong điều kiện Việt Nam. Luận văn Thạc Sỹ,
trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội.
9. Trung tâm nghiên cứu phát triển công nghệ sạch: Năng lượng Địa Nhiệt nguồn năng lượng của tương lai. .
10. Thông báo số 151/KTTVBĐKH ngày 26 tháng 3 năm 2010 của Cục Khí
tƣợng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu về: Tính toán mức tổng phát thải Quốc gia
theo kế hoạch cho giai đoạn 2020 và 2025, xác định khả năng chuyển đổi theo
Cơ chế sản xuất sạch ở Việt Nam (cho quy hoạch điện).
Tiếng Anh:
11. Burkhard Sanner (1992). Earth Heat Pumps and Underground Thermal
Energy Storage in Germany. Institute of Applied Geosciences, Justus - Liebig University, giessen, Germany.
71


12. Burkhard Sanner (1995). Example Ground Source Heat Pump in Germany.
13. Ding Lixing, Chenjifen (2001). Research Institute of Refrigeration & Air
Conditioning , Railway Campus Central South University - China: Advancement
Prospects of GSHP Air Conditioning System in HSCW Zone of China.
14. G.Heinrich. VEB. Verlag Technick Berlin (1982). Waermepumpen
Anwendungen in Industrie, Laudwirtschaft und Gesellschafsbau.