Tích trữ năng lượng nhiệt.EES Nhiệt

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Bộ môn Thiết bị điện – điện tử Tiểu Luận Hệ thống tích trữ nhiệt Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thế Công Sinh viên thực hiện: Vũ Đức Thảo Mục lục Hệ thống tích trữ nhiệt I.Giới thiệu chung II Cơng nghệ tích trữ lượng nhiệt 2.1 Cơng nghệ tích trữ nhiệt nhạy cảm 2.2 Công nghệ trữ nhiệt ẩn 2.3 Công nghệ tích trữ nhiệt hấp thụ Danh mục hình ảnh Hình 1: Cấu tạo phích nước Hình 2: Hệ thống trữ lạnh ESS Hình 3: Nguyên lý hệ thống bơm nhiệt I.Giới thiệu chung Nhiệt đóng vai trị vơ quan trọng đời sống Bên vật chất phân tử chuyển động hỗn loạn, không ngừng cấu thành nên vật chất bao gồm: Động chuyển đọng khối tâm phân tử, động dao động nguyên tử cấu tạo nên phân tử khối tâm chung, động quay phân tử quanh khối tâm Nhiệt tổng động Như vậy: Nhiệt tổng động phân tử cấu thành nên vật chất Do phân tử cấu thành nên vật chất có động nên vật có nhiệt đồng thời nhiệt chuyển từ vật sang vật khác Để sống người tồn tại, lượng yếu tố thiếu Năng lượng tồn nhiều dạng khác nhau:Điện năng, năng, quang năng, nhiệt năng, Trong lượng nhiệt người ứng dụng vào sống sinh hoạt sản suất.Theo quan lượng quốc tế IEA 70% lượng sử dụng thực tế nhiệt Trong sống ngày nhiệt ứng dụng để phục vụ cho nhiều nhu cầu khác người như: + Ứng dụng loại thiết bj bếp gas, bếp từ, lò nướng, nồi cơm, … + Ứng dụng thiết bị nóng lạnh, bình đun nước, … + Ứng dụng vào lò sưởi, quạt sưởi, … + Ứng dụng vào máy sấy, máy hút ẩm, … Trong ứng dụng nhiệt có chuyển hóa lượng diễn Sự chuyển hóa lượng từ điện năng, năng, quang sang nhiệt Các nguồn lượng có mối quan hệ chặt chẽ Để tránh lãng phí nguồn lượng nhiệt với thuận tiện cho mục đích riêng cơng nghệ tích trữ lượng nhiệt đời II Cơng nghệ tích trữ lượng nhiệt Tích trữ lượng nhiệt chia thành loại với công nghệ khác nhau: + Nhiệt nhạy cảm + Nhiệt ẩn + Nhiệt hóa + Nhiệt hấp thụ 2.1 Cơng nghệ tích trữ nhiệt nhạy cảm a Khái niệm Nhiệt nhạy cảm nhiệt trao đổi vật hệ thống nhiệt động, trao đổi nhiệt làm thay đổi nhiệt độ vật hệ thống số biến số vĩ mô vật hay hệ thống áp suất, thể tích b Cơng nghệ tích trữ Nhiệt nhạy cảm công nghệ biết đến nhiều phổ biến nhất.Các dạng trữ nhiệt dạng lỏng dạng rắn Điển hình phích nước nóng, phích giữ nhiệt Cấu tạo phích nước nóng Hình 1: Cấu tạo phích nước - Vỏ phích nước: Đây phận bảo vệ đồng thời phnaj nhiệt với ruột phíc mơi trường bên ngồi Hiện nay, loại vỏ phích giữ nhiệt phổ biến thị trường thường có chất liệu nhựa abs, nhựa pp cao cấp hợp kim Với loại vỏ thiết kế nắp đậy tương thích, phích nhựa thường dùng nắp nhựa có ren, cịn phích kim loại dùng nắp nhựa nhựa chịu nhiệt chất liệu khác phù hợp Kiểu dáng, chiều cao hay kích thước phần vỏ ngồi khác tùy vào dung tích Bên cạnh đó, người dùng có gu thẩm mỹ ngày cao, hãng sản xuất tạo loại phích nước có mẫu mã, hoa văn họa tiết màu sắc đa dạng độc đáo để lựa chọn - Phần ruột phích Ruột phích thường xem phận quan trọng phích nước, có vai trị giữ nhiệt độ nước uống, thực phẩm liên quan đến vấn đề an toàn sức khỏe người sử dụng Trên thị trường có loại ruột phích phổ biến thường gặp là: • Các loại phích nước giữ nhiệt giá rẻ thường có phần ruột nhựa chịu nhiệt (xi mạ crom) Loại thường giữ nhiệt khơng an tồn sức khỏe, người dùng nên mua cửa hàng uy tín chọn sản phẩm có thương hiệu lớn, xuất xứ rõ ràng yên tâm • Thứ loại phích nước giữ nhiệt có ruột hợp kim, cụ thể chất liệu inox 201 inox 304, loại có khả chịu nhiệt cao, hạn chế gỉ sét nên an toàn cho sức khỏe người dùng Một số loại bình giữ nhiệt cho trẻ em làm inox 304 inox 316 để đảm bảo an toàn tối đa Tất nhiên, người dùng phải chọn mua sản phẩm có thương hiệu lớn, uy tín • Một loại khác phích giữ nhiệt có ruột bên thủy tinh, cấu tạo bình phích lồng vào nối với miệng Lớp vỏ ngồi bình lớp vỏ bình ngồi tráng bạc để xạ tia nhiệt trở lại vào nước đựng phích, giúp trì nhiệt độ thời gian dài Đồng thời, lớp thủy tinh chân khơng cịn làm cho nhiệt khơng truyền, bên ngồi Phích giữ nhiệt Rạng Đơng sản phẩm ưu tiên sử dụng chất liệu ruột phích thủy tinh, ưu điểm giữ nhiệt tốt (sau 6h nhiệt độ đến ≥ 78 ˚C), khơng bị gỉ sét, khơng chứa thủy ngân hóa chất độc hại, dễ chùi rửa Ngoài ra, họ sở hữu cơng nghệ nấu thủy tinh đại hồn tồn điện theo công nghệ Nhật Bản nên không gây độc hại với mơi trường xung quanh Ngồi phích nước cịn có phận khác như: Các phận cịn lại phích nước giữ nhiệt là: Nắp phích, đầu phích đáy phích • Nắp phích dùng để ngăn cản tượng nhiệt giúp nước khơng bị tràn khỏi phích • Phần đầu phích cịn có quai cầm tay để tiện cho việc vận chuyển, thân phích trang trí hoa văn tên thương hiệu • Phần đáy gỡ lắp vào, bên có lớp đệm nhỏ cao su dùng để cố định ruột phích (tùy loại) Nguyên lý giữ nhiệt phích nước: Khi rót nước nóng/lạnh vào chai hay bình bất kỳ,… nhiệt độ bình chênh lệch với nhiệt độ khơng khí mơi trường ngồi Lúc này, nguyên lý truyền nhiệt diễn dựa chênh lệch nhiệt độ nước bình đạt tới mức nhiệt cân với nhiệt độ môi trường Dựa nguyên lý này, bình giữ nhiệt chế tạo cho làm giảm mức chênh lệch nhiệt độ bình nước với mơi trường Phích nước giúp làm chậm q trình trao đổi nhiệt để giữ cho nước bình nóng/lạnh lâu Chính cấu tạo ruột phích làm cho nhiệt lượng nước truyền phương thức thông thường Dưới nguyên lý khiến cho phích nước hoạt động giữ nhiệt tốt Đối lưu nhiệt bị cắt đứt Khơng khí lạnh bên ngồi tìm kẽ hở để chui vào phích khơng khí bị tăng nhiệt phích tìm cách để ngồi Nhưng cổ phích tương đối nhỏ, lại bị nút gỗ mềm đậy kín lại, lối đối lưu nhiệt bị cắt đứt Dẫn nhiệt bị cản trở Nhờ ruột phích có hai lớp vỏ thuỷ tinh, lại rút thành chân khơng, khơng khí thưa loãng, làm cho đường dẫn nhiệt truyền nhiệt bên bị cản trở Bức xạ nhiệt bị ngăn chặn triệt để Ruột phích giữ nhiệt có tráng lớp bạc thuỷ ngân mỏng số phích nước giá rẻ Vì vậy, xạ nhiệt lượng bị lớp bạc thuỷ ngân phản xạ mà phải chịu nằm lại ruột phích, làm cho đường xạ nhiệt bị ngăn chặn triệt để 2.2 Công nghệ trữ nhiệt ẩn a Khái niệm Nhiệt ẩn lượng nhiệt giải phóng hấp thụ, thể hệ thống nhiệt động, trình nhiệt độ khơng đổi - thường q trình chuyển pha thứ Nhiệt ẩn hiểu lượng nhiệt dạng ẩn cung cấp chiết xuất để thay đổi trạng thái chất mà khơng làm thay đổi nhiệt độ Ví dụ nhiệt ẩn phản ứng tổng hợp nhiệt ẩn hóa liên quan đến thay đổi pha, tức chất ngưng tụ hóa nhiệt độ áp suất quy định b Cơng nghệ Tích trữ nhiệt ẩn thực vật liệu thay đổi pha (PCM- Phase Charge Materials) Điển hình cơng nghệ hệ thống trữ lạnh ESS Hình 2: Hệ thống trữ lạnh ESS Đặc tính: – Hệ thống tích trữ lạnh (Ice Thermal Storage) giúp tiết giảm chi phí điện cho hệ thống chiller – Giúp giảm phụ tải lạnh phụ tải điện vào cao điểm, cho phép thiết kế giảm cơng suất chiller, cơng suất máy biến áp, máy phát điện, chi phí đầu tư thiết bị giảm đáng kể – Có thể tích hợp dễ dàng vào hệ thống chiller có sẵn dễ điều khiển – Nhờ giúp giảm cơng suất chiller nên giảm số lượng tác nhân lạnh có hại cho mơi trường như: CFC, HCFC Mô tả: Cấu tạo: Bể trữ lạnh dạng băng ESS bể chứa dựng thép xây bê tơng, có lớp cách nhiệt dày, bên dàn ống trao đổi nhiệt làm chất liệu polyethylene Để tạo băng, bể đổ đầy nước, dung dịch glycol làm lạnh chiller nhiệt độ khoảng -40C chảy ống trao đổi nhiệt làm cho nước bên ngồi ống đóng băng Ngun lý hoạt động: Chức Bể tích trữ lạnh dạng băng lưu trữ cơng suất làm mát cho điều hịa khơng khí hệ thống làm lạnh trung tâm phục vụ cho nhà lớn sử dụng chiller chạy điện, việc làm lạnh thực vào ban đêm chi phí tiền điện thấp Ban ngày vào cao điểm, chiller ngừng hoạt động, lượng tích trữ sử dụng thay chiller, tiết kiệm chi phí tiền điện vào cao điểm Hệ thống gồm vịng tuần hồn tương đương: vịng tuần hoàn thứ nối chiller với bồn trữ lạnh, vịng tuần hồn thứ hai nối chiller với hộ tiêu thụ lạnh, hai vòng đặt song song với hệ thống Môi chất tải lạnh thường sử dụng glycol Hệ thống tích trữ lạnh chia làm hai giai đoạn: nạp tải xả tải: a) Giai đoạn nạp tải: (môi chất luân chuyển hệ thống theo đường màu xanh) Vào thời điểm giá điện thấp, phần (hình trái) tồn (hình phải) môi chất tải lạnh đưa vào bồn trữ lạnh Tại lượng lạnh hấp thu tích trữ dạng nhiệt ẩn cách làm đông lượng môi chất chuyển pha b) Giai đoạn xả tải: Vào thời điểm giá điện cao, ngừng hẳn chiller sử dụng lượng lạnh tích trữ để cung cấp cho phụ tải (hình trái), chạy chiller bổ sung cần thiết (hình phải) Nguyên lý tiết kiệm lượng: Hệ thống tích trữ lạnh giúp tiết kiệm chi phí điện thơng qua việc điều khiển hệ thống chiller vận hành chủ yếu vào thấp điểm (giá điện thấp), tránh vận hành cao điểm (giá điện cao gấp lần thấp điểm) Mức tiết kiệm lượng: Hệ thống tích trữ lạnh giúp tiết kiệm 30% chi phí điện cho hệ thống chiller 2.3 Cơng nghệ tích trữ nhiệt hấp thụ Hệ thống nhiệt hấp thụ hoạt động máy bơm nhiệt- hóa điều kiện chân khơng có thiết kế phức tạp Nhiệt từ nguồn nhiệt độ cao làm nóng vật liệu hấp thụ (ví dụ gel silica zeolite), nước khỏi hệ thống Trong q trình xả, chất lỏng hấp thụ lấy nhiệt nhiệt độ thấp thiết bị bay sinh nước nhiệt độ cao buồng hấp thụ Tùy thuộc vào chất hấp thụ nhiệt độ lên tới 200 độ C với mật độ lượng cao lần nhiệt nhạy cảm Giá thành hệ thống lại cao nhiều phức tạp Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy bơm nhiệt Cấu tạo máy bơm nhiệt Thông thường, sản phẩm máy bơm nhiệt Heat Pump tiêu chuẩn có cấu tạo gồm thành phần chính: ✓ Máy nén ✓ Van tiết lưu ✓ Bình ngưng tụ ✓ Dàn bay Nguyên lý hoạt động Hình 3: Nguyên lý hệ thống bơm nhiệt Nguyên lý hoạt động máy bơm nhiệt Heat Pump Các bơm nhiệt hoạt động theo nguyên lý nhiệt di chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Có nghĩa lượng có sẵn mơi trường trích xuất khơng khí thổi qua dàn bay Lúc máy nén tiêu thụ lượng lượng để tăng áp suất kịch nhiệt lên cao nhờ vào tính chất riêng chất làm lạnh Sau qua hệ thống luân chuyển nhiệt, nguồn nhiệt tạo qua máy nén truyền sang nước lạnh có sẵn bình ngưng tụ làm nóng nước Ưu điểm máy bơm nhiệt nước nóng Heat Pump + An tồn, tiện lợi Nhu cầu sử dụng nước nóng ngày cao, đặc biệt vào mùa đông Miền Bắc nước ta Trước kia, bình nóng lạnh thiết bị để cung cấp nước nóng cho hộ gia đình hay trí nhà nghỉ, khách sạn, Máy bơm nhiệt cung cấp lượng nước nóng ổn định Tuy nhiên, với hộ gia đình đơng người có từ - nhà tắm cần phải lắp đặt số lượng bình nóng lạnh tương đồng để đáp ứng hết nhu cầu sử dụng Đồng nghĩa với phải bỏ khoản chi phí lớn để mua trang thiết bị, lắp đặt, Bên cạnh đó, máy nước nóng thường sử dụng trực tiếp điện để làm nóng nước sau trình sử dụng lâu dài dễ gây tình trạng bị rị rỉ điện gây nguy hiểm cho người sử dụng Theo tìm hiểu Việt Nam có nhiều vụ chết người thương tâm bình nóng lạnh bị rò rỉ điện Ngược lại, sử dụng máy bơm nhiệt Heat Pump bạn cần thiết bị cung cấp đủ nước nóng cho tồn gia đình Hơn nữa, Heat Pump làm nóng nước dựa nguyên lý Động Lực học hạn chế tối đa tình trạng bị rị rỉ điện Ngồi ra, với khả tự pha nhiệt đầu vòi nước hạn chế tối đa tình trạng bị bỏng dùng nước q nóng nên thích hợp với gia đình có người già trẻ nhỏ + Siêu tiết kiệm điện Theo tính tốn chun gia lượng bơm nhiệt tạo tương đương với nhiệt lượng truyền vào nước lạnh bình chứa Nhiệt lượng hấp thụ từ khơng khí 3/4 nhiệt lượng truyền vào, có nghĩa hệ thống sử dụng điện 1/4 lượng tạo Do đó, sử dụng hệ thống bơm nhiệt nước nóng Heat Pump phục vụ cho sinh hoạt tiết kiệm 75% chi phí lượng so với việc sử dụng bình nóng lạnh 10 Tài liệu tham khảo http://essvietnam.vn/vi/he-thong-tich-tru-lanh-ess/ https://www.ees.co.nz/ https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-bulletin/article/abs/phase-changematerials/7161FDEFBFD5701F8F728306D9A8655D 11 ... lượng nhiệt đời II Cơng nghệ tích trữ lượng nhiệt Tích trữ lượng nhiệt chia thành loại với công nghệ khác nhau: + Nhiệt nhạy cảm + Nhiệt ẩn + Nhiệt hóa + Nhiệt hấp thụ 2.1 Cơng nghệ tích trữ nhiệt. .. nhiệt bị ngăn chặn triệt để 2.2 Công nghệ trữ nhiệt ẩn a Khái niệm Nhiệt ẩn lượng nhiệt giải phóng hấp thụ, thể hệ thống nhiệt động, trình nhiệt độ khơng đổi - thường q trình chuyển pha thứ Nhiệt. .. Khái niệm Nhiệt nhạy cảm nhiệt trao đổi vật hệ thống nhiệt động, trao đổi nhiệt làm thay đổi nhiệt độ vật hệ thống số biến số vĩ mô vật hay hệ thống áp suất, thể tích b Cơng nghệ tích trữ Nhiệt nhạy