Đang tải... (xem toàn văn)
(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời loại cưỡng bức với lưu lượng nước qua vòng lặp Collector là hằng số
Luận văn thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2017 (Ký tên ghi rõ họ tên) GVHD: TS Lê Minh Nhựt ii HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ CẢM TẠ Tác giả xin trân trọng cám ơn q Thầy Cơ Khoa khí động lực nói chung, q Thầy Cơ mơn Nhiệt- Điện lạnh Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh giúp đỡ tạo điều kiện suốt trình học Trường Tác giả xin cám ơn sâu sắc thầy TS Lê Minh Nhựt tận tình giúp đỡ suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Tác giả xin cám ơn Ban Giám Đốc Nhà máy gỗ Vina Eco Broad- Long An, Bệnh viện Mỹ Phước - Bình Dương tạo điều kiện cho tác giả tham quan thực tế hệ thống nước nóng lượng mặt trời loại cưỡng với quy mô công nghiệp Tác giả xin cám ơn bạn đồng nghiệp nhiệt tình trao đổi, góp ý cung cấp thông tin tư liệu liên quan đến luận văn Tác giả Nguyễn Du GVHD: TS Lê Minh Nhựt iii HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ TÓM TẮT Luận văn: “Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng lượng mặt trời loại cưỡng với lưu lượng nước qua vòng lặp collector số”, làm rõ vấn đề sau: - Tổng quan nguồn lượng nước giới - Mơ hình hóa lý thuyết hệ thống nước nóng lượng mặt trời - Thiết kế, chế tạo hệ thống nước nóng lượng mặt trời - Xác định thông số tối ưu lưu lượng khối lượng - So sánh kết lý thuyết thí nghiệm hoạt động hệ thống nước nóng lượng mặt trời - Kết luận đề xuất ý kiến GVHD: TS Lê Minh Nhựt iv HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ ABSTRACT The thesis: ‘ A stydy on performance improvement of solar hot water with flow of water through collector loop is constant’, clarified the following issues: - Overview energy sources in domestic areas and in the world - Modeling theory of the solar hot water system - Design and manufacturing of solar hot water system - Determine optimal parameters of mass flow rate - Comparison of theoretical and experimental operation of the solar hot water system - Conclusions and recommendations GVHD: TS Lê Minh Nhựt iv HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC Trang tựa TRANG LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU vi DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ vii DANH SÁCH CÁC BẢNG viii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu liên quan 1.1.1 Khái quát nhu cầu sử dụng lượng giới nước ta 1.1.2 Nhu cầu sử dụng nước nóng Việt Nam 1.1.3 Khái quát tình hình nghiên cứu, ứng dụng Việt Nam giới 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục đích đề tài 10 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 10 1.5 Phương pháp nghiên cứu 11 Chương 12 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Lý thuyết lượng xạ mặt trời 12 2.1.1 Tính tốn lượng mặt trời 12 2.1.2 Tính tốn góc tới xạ trực xạ 12 2.2 Lý thuyết tính tốn collector 15 2.2.1 Đặc điểm cấu tạo thu phẳng (flat-plate collector) 15 2.2.2 Tính tốn nhiệt thu phẳng 17 2.3 Lý thuyết tính toán 33 2.3.1 Bộ thu lượng mặt trời 33 2.3.2 Bình Tích Trữ 35 2.3.3 Hàm mục tiêu 36 GVHD: TS Lê Minh Nhựt v HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ 2.4 Mô Matlap 37 2.4.1 Tổng quan Matlap 37 2.4.2 Ứng dụng Matlab luận văn 38 Chương 39 THIẾT LẶP HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 39 3.1 Mô tả hệ thống 39 3.2 Các thiết bị mơ hình 42 3.2.1 Bộ thu phẳng 42 3.2.2 Bình tích trữ 43 3.2.3 Tấm bọc cách nhiệt 44 3.2.4 Ống nước 44 3.2.5 Máy bơm nước 45 3.2.6 Board mạch điều khiển 46 3.2.7 Máy đo xạ lượng mặt trời Tenmars TM-207 47 3.2.8 Đầu dò nhiệt độ DS18B20 48 3.2.9 Đồng hồ đo lưu lượng nước nóng đa tia SENSUS kiểu cánh quạt 49 3.2.10 Sơ đồ bố trí thiết bị hệ thống 50 3.3 Phương pháp thí nghiệm 51 3.3.1 Mục đích, ý nghĩa 51 3.3.2 Phương pháp 52 3.3.3 Thí nghiệm 52 Chương 54 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 4.1 Mơ xác nhận kết thí nghiệm 54 4.2 Thí nghiệm ba dạng ngày: ngày nắng, ngày có mây ngày mưa ứng với lưu lượng khối lượng m=7,6 (l/p) 56 4.2.1 Thay đổi lượng hữu ích, lượng xạ mặt trời, lưu lượng khối lượng, nhiệt độ ngày nắng 56 4.2.2 Thay đổi lượng hữu ích, lượng xạ mặt trời, lưu lượng khối lượng, nhiệt độ ngày có mây 58 4.2.3 Thay đổi lượng hữu ích, lượng xạ mặt trời, lưu lượng khối lượng, nhiệt độ ngày mưa 59 4.3 Thí nghiệm ba dạng ngày: ngày nắng, ngày có mây ngày mưa ứng với lưu lượng khối lượng m=7,92 (l/p) 61 4.3.1 Thay đổi lượng hữu ích, lượng xạ mặt trời, lưu lượng khối lượng, nhiệt độ ngày nắng 61 4.3.2 Thay đổi lượng hữu ích, lượng xạ mặt trời, lưu lượng khối lượng, nhiệt độ ngày có mây 63 GVHD: TS Lê Minh Nhựt v HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ 4.3.3 Thay đổi lượng hữu ích, lượng xạ mặt trời, lưu lượng khối lượng, nhiệt độ ngày mưa 64 4.4 Thí nghiệm ba dạng ngày: ngày nắng, ngày có mây ngày mưa ứng với lưu lượng khối lượng m=8,64 (l/p) 66 4.4.1 Thay đổi lượng hữu ích, lượng xạ mặt trời, lưu lượng khối lượng, nhiệt độ ngày nắng 66 4.4.2 Thay đổi lượng hữu ích, lượng xạ mặt trời, lưu lượng khối lượng, nhiệt độ ngày có mây 68 4.4.3 Thay đổi lượng hữu ích, lượng xạ mặt trời, lưu lượng khối lượng, nhiệt độ ngày mưa 69 4.5 Ảnh hưởng lưu lượng khối lượng đến lượng hữu ích điện tiêu thụ bơm ứng 71 4.6 Ảnh hưởng nhiệt độ nước ban đầu đến thu lượng mặt trời 72 4.6.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nước ban đầu đến lượng hữu ích điện tiệu thụ cho bơm 72 4.6.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nước ban đầu đến tổn thất nhiệt nhiệt độ bình tích trữ 73 4.7 Ảnh hưởng diện tích thu lượng mặt trời 74 4.7.1 Ảnh hưởng diện tích thu đến lượng hữu ích, điện tiêu thụ bơm 74 4.7.2 Ảnh hưởng diện tích thu đến tổn thất nhiệt nhiệt độ bình tích trữ 75 4.8 Ảnh hưởng thể tích bình tích trữ đến thu lượng mặt trời 76 4.8.1 Ảnh hưởng thể tích bình tích trữ đến lượng hữu ích, điện tiêu thụ bơm 76 4.8.2 Ảnh hưởng thể tích bình tích trữ đến tổn thất nhiệt nhiệt độ bình tích trữ 77 4.9 So sánh nhiệt độ bình tích trữ Ts lý thuyết thực nghiệm theo thời gian 78 4.10 So sánh tổn thất nhiệt bình tích trữ Qst lý thuyết thực nghiệm theo thời gian 79 4.11 So sánh nhiệt độ đầu khỏi thu Tco lý thuyết thực nghiệm theo thời gian80 Chương 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 5.1 Kết luận 81 5.2 Kiến nghị 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 87 PHỤ LỤC 87 PHỤ LỤC 94 PHỤ LỤC 99 PHỤ LỤC 105 GVHD: TS Lê Minh Nhựt v HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU Ac: Diện tích thu (m2) As: Diện tích bề mặt bình tích trữ (m2) Cb: Hệ số dẫn nhiệt mối hàn Cp: Nhiệt dung riêng nước (J/kg0C) D1: Đường kính ống (m) D2: Đường kính ngồi ống (m) D3: Khoảng cách vỏ ngồi ống (m) Ep: Điện tiêu thụ bơm (W) FR: Hệ số dịch chuyển nhiệt thu F’: Hệ số hiệu suất thu hin: Hệ số truyền nhiệt bề mặt ống hout: Hệ số truyền nhiệt bề mặt ống It: Bức xạ lượng mặt trời bề mặt thu (W/m2) Kpipe: Hệ số dẫn nhiệt ống (W/m0C) Kinsulation: Hệ số vật liệu cách nhiệt (W/m0C) L: Chiều dài ống (m) m: Lưu lượng khối lượng (kg/s) mw: Lưu lượng khối lượng bổ sung (kg/s) M: Khối lượng bình tích trữ (kg) Qu: Năng lượng hữu ích thu (W) Qw: Dịng nhiệt chuyển từ bình tích trữ cho người sử dụng (W) Qst: Tổn thất nhiệt bình tích trữ (W) ta: Nhiệt độ môi trường (0C) tci: Nhiệt độ vào thu (0C) tco: Nhiệt độ khỏi thu (0C) tin: Nhiệt độ ống (0C) tp: Nhiệt độ hấp thụ (0C) GVHD: TS Lê Minh Nhựt vi HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ ts: Nhiệt độ nước thu (0C) Ub: Hệ số tổn thất nhiệt mặt đáy thu (W/m2 K) Ue: Hệ số tổn thất nhiệt mặt bên thu (W/m2 K) Ut: Hệ số tổn thất nhiệt mặt thu (W/m2 K) UL: Hệ số tổn thất nhiệt tổng thể thu (W/m2 K) Up: Hệ số tổn thất nhiệt ống (W/m2K) Us: Hệ số tồn thất nhiệt bình tích trữ (W/m2 K) Vs : Thể tích bình tích trữ (L) W: Khoảng cách ống (m) : Bề dày hấp thụ (m) : Tích số truyền-hấp thụ GVHD: TS Lê Minh Nhựt vi HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Quan hệ góc hình học tia xạ mặt trời mặt phẳng nghiêng .13 Hình 2.2: Cấu tạo mặt cắt thu phẳng dạng cánh - ống .16 Hình 2.3: Trao đổi nhiệt xạ kính phủ hấp thụ 17 Hình 2.4: quy ước góc .19 Hình 2.5: Mạng lưới nhiệt trở thu phẳng 22 Hình 2.6: Năng lượng hấp thụ tổn thất nhiệt thu phẳng 27 Hình 2.7: Kết cấu - ống thu phẳng a) Sơ đồ kết cấu - ống b) Cân lượng cho phần tử cánh c) Cân lượng cho phần tử ống 28 Hình 2.8: Dịng nhiệt qua phần tử chiều dài ống 31 Hình 2.9: Sơ đồ lượng hữu ích Qu thu điện tiêu thụ S hàm lưu lượng khối lượng m .36 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống thu lượng mặt trời 40 Hình 3.2: Sơ đồ thực tế thu lượng mặt trời 41 Hình 3.3: Bộ điều khiển lượng mặt trời .41 Hình 3.4: Cấu tạo collector .42 Hình 3.5: Bình tích trữ hệ thống .43 Hình 3.6: Tấm cách nhiệt .44 Hình 3.7: Ống dẫn nước nóng hệ thống 45 Hình 3.8: Máy bơm nước 45 Hình 3.9: Board mạch điều khiển 46 Hình 3.10: Máy đo lượng mặt trời Tenmars TM-207 47 Hình 3.11: Đầu dị nhiệt độ DS18B20 (khơng thấm nước) 48 Hình 3.12: Đồng hồ đo lưu lượng nước nóng ASAHI GMK DN 20 49 Hình 3.13: Sơ đồ hệ thống thu lượng mặt trời .50 GVHD: TS Lê Minh Nhựt vii HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ - Công ty Bê Tông SINO PACIFIC Long An sử dụng hệ thống nước nóng lượng mặt trời cơng suất 12.000 lít, lắp đặt theo phương thức cưỡng Hình 5.5: Bộ thu lượng mặt trời Công ty Bê Tông SINO PACIFIC Long An - Bệnh viện Hoàn Mỹ Cửu Long - Cần Thơ sử dụng hệ thống nước nóng lượng mặt trời cơng suất 5.000 lít, lắp theo phương pháp cưỡng Hình 5.6: Bộ thu lượng mặt trời Bệnh viện Hoàn Mỹ Cửu Long - Cần Thơ GVHD: TS Lê Minh Nhựt 101 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ - Nhà máy gỗ Vina Eco Broad - Long An Sử dụng hệ thống nước nóng lượng mặt trời cơng suất 5,000 lít nước nóng/ngày, lắp theo phương pháp cưỡng Hình 5.7: Bộ thu lượng mặt trời Nhà máy gỗ Vina Eco Broad - Long An Hình 5.8: Tác giả thăm quan Nhà máy gỗ Vina Eco Broad - Long An GVHD: TS Lê Minh Nhựt 102 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ - Bệnh viện Tiền Giang sử dụng hệ thống nước nóng lượng mặt trời cơng suất 5.000 lít, lắp theo phương pháp cưỡng Hình 5.9: Bộ thu lượng mặt trời Bệnh viện Tiền Giang - Bệnh viện Mỹ Phước - Bình Dương sử dụng hệ thống nước nóng lượng mặt trời cơng suất 10.000 lít, lắp theo phương pháp cưỡng Hình 5.10: Bộ thu lượng mặt trời Bệnh viện Mỹ Phước – Bình Dương GVHD: TS Lê Minh Nhựt 103 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ Hình 5.11: Tác giả thăm quan Bệnh viện Mỹ Phước - Bình Dương GVHD: TS Lê Minh Nhựt 104 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ PHỤ LỤC Bài báo khoa học đăng Tạp trí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật số 39 (2016) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN THỜI TIẾT ĐẾN NĂNG LƯỢNG HỮU ÍCH CỦA HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI EVALUATING THE EFFECTS OF WEATHER CONDITIONS ON THE USEFUL HEAT GAIN OF THE SOLAR HOT WATER SYSTEM NGUYỄN DU1, LÊ MINH NHỰT2 HỌC VIÊN CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TĨM TẮT Mục đích nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng điều kiện thời tiết đến lượng hữu ích hệ thống nước nóng lượng mặt trời Hệ thống thiết kế, chế tạo lắp đặt trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Cấu tạo hệ thống gồm bốn thu phẳng lắp song song với nhau, có tổng diện tích m2 Thể tích bình tích trữ nước nóng 300 lít, lưu lượng nước tuần hoàn qua thu 0,132 kg/s Trong nghiên cứu này, thí nghiệm thực ba dạng ngày khác gồm ngày nắng, ngày có mây ngày mưa để đánh giá ảnh hưởng điều kiện thời tiết đến lượng hữu ích hệ thống Giá trị xạ mặt trời trung bình mặt phẳng thu ba ngày đề cập 602 W/m2, 412 W/m2, 284,5 W/m2 Kết thí nghiệm cho thấy lượng hữu ích cấp đến bình tích trữ nước nóng ngày nắng, ngày có mây ngày mưa 10,22 kWh, 4,4 kWh, kWh điện tiêu tốn cho bơm nước tuần hoàn thu tương ứng 2,1 kWh, 1,28 kWh, kWh Từ khóa: Bộ thu phẳng; lưu lượng; xạ lượng mặt trời; điều kiện thời tiết; lượng hữu ích GVHD: TS Lê Minh Nhựt 105 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ Ký hiệu Ac: Diện tích thu lượng mặt trời (m2) Ta: Nhiệt độ môi trường (0C) As: Diện tích bề mặt bình tích trữ (m2) Tci: Nhiệt độ nước đầu vào thu (0C) Cb: Hệ số dẫn nhiệt mối hàn Tco: Nhiệt độ nước đầu thu (0C) Cp: Nhiệt dung riêng nước (J/kg0C) Ts: Nhiệt độ nước bình tích trữ (0C) D: Đường kính ngồi ống (m) Twi: Nhiệt độ nước bổ sung vào bình tích trữ Di: Đường kính ống (m) (0C) F: Hiệu suất cánh tiêu chuẩn Ub: Hệ số tổn thất nhiệt mặt đáy thu F’: Hệ số hiệu suất thu (W/m2 K) FR: Hệ số dịch chuyển nhiệt thu Ue: Hệ số tổn thất nhiệt mặt bên thu hf,i: Hệ số truyền nhiệt từ ống vào chất lỏng (W/m2 K) It: Bức xạ lượng mặt trời (W/m2) Ut: Hệ số tổn thất nhiệt mặt thu m: Lưu lượng khối lượng (kg/s) (W/m2 K) mw: Lưu lượng khối lượng nước bổ sung vào UL: Hệ số tổn thất nhiệt toàn phần (W/m2 K) bình tích trữ (kg/s) Us: Hệ số tổn thất nhiệt bình tích trữ (W/m2K) Qu: Năng lượng hữu ích (W) Vs : Thể tích bình tích trữ (L) Qst: Tổn thất nhiệt bình tích trữ (W) W: Khoảng cách ống (m) Qw: Dòng nhiệt cung cấp cho người sử dụng : Tích số truyền- hấp thụ (W) ABSTRACT The aim of this research is to evaluate the effects of weather conditions on the useful heat gain of the solar hot water system This system was designed, fabricated and installed in the Ho Chi Minh City University of Technology and Education It consists of four flat plate collectors which were connected in parallels and has the total collection surface area of m2 The volume of storage tank is 300 liters, and the water flow rate through collector loop is 0,132 kg/s In this study, the experiments were carried out on three types different of days such as clear day, intermittent cloud sky day and overcast sky day to evaluate the effects of weather conditions on the useful heat gain of the solar hot GVHD: TS Lê Minh Nhựt 106 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ water system The average values of the global solar irradiance incident on the collector surface of the three above different days are 602 W/m2, 412 W/m2, 284,5 W/m2, respectively The experimental results show that the useful heat gain of solar collectors for domestic hot water production of the clear day, intermittent cloud sky day and overcast sky day are 10,22 kWh, 4,4 kWh, kWh, respectively, and the corresponding energy consumption of collector loop pump is 2,1 kWh, 1,28 kWh, kWh, respectively Key words: flat plate collector; flow; solar radiation; weather conditions; the useful heat gain I GIỚI THIỆU Kavarik Lesse [4] tiến hành nghiên cứu lý Trong thời đại nay, kinh tế dân số thuyết tốn điều khiển lưu lượng dịng chảy phát triển mạnh mẽ dẫn đến nhu cầu tiêu thụ tối ưu để tìm khác biệt lớn năng lượng ngày tăng cao dẫn đến cạn lượng hữu ích điện tiêu tốn cho bơm kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch làm tăng nước vịng tuần hồn thu Trong lượng khí thải CO2, SOx, NOx vào bầu nghiên cứu này, thu phẳng bình tích khí Từ lý trên, nhiều nước trữ giả định khơng có cung cấp hướng đến tăng cường sử dụng nguồn nước nóng cho người sử dụng suốt lượng tái tạo [1-2] Do biến đổi khí hậu, trình bơm hoạt động Winn Hull lll [5] nóng lên tồn cầu, khan nguồn phát triển mơ hình tối ưu tốn dựa lượng hóa thạch chi phí lượng ngày hệ số dịch chuyển nhiệt, mơ hình xây tăng, nghiên cứu dựng này, giá trị đo lường (ví dụ nhiệt lượng tái tạo trở thành vấn đề nóng độ, xạ lượng mặt trời) hệ thống năm gần Đặc biệt, nghiên cứu không yêu cầu trước giải pháp số lượng mặt trời mà chủ yếu tập trung vào tạo trạng thái với thay đổi thích hợp hệ thống nhiệt mặt trời để sưởi ấm, gia nhiệt Dorato Jamshidi [6], Orbach et al nước nóng nhiều nước giới Beckman et al [7] báo cáo điều khiển trọng, quan tâm tối ưu cho hệ thống thu lượng mặt trời với Năm 2008, Badescu [3] đánh giá hệ thống phương pháp điều khiển đóng-mở Salteil lượng mặt trời việc điều khiển tối ưu Sokolov [8] đưa phân tích số cho tối lưu lượng thu lượng mặt trời phẳng ưu lưu lượng dòng chảy thu lượng theo kiểu đóng-mở Kết cho thấy hiệu suất mặt trời đa thành phần với hai loại cấu hình: thu lượng mặt trời cao phương tuần hoàn chiều với điều kiện thời tiết pháp điều khiển tối ưu lưu lượng không đổi GVHD: TS Lê Minh Nhựt 107 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ giả định hàm sin theo thời gian Hiện nay, hệ thống lượng mặt trời Năm 2013, Nhựt Park [9] đánh giá hệ thống ứng dụng nhiều cơng ty, xí lượng mặt trời việc điều khiển dòng nghiệp, nhà hàng khách sạn Việt Nam, hầu chảy tối ưu cho vịng tuần hồn thu hết sử dụng chủ yếu kiểu lưu lượng cưỡng lượng mặt trời dạng ống chân không bơm qua vịng tuần hồn thu số Tuy biến tần Kết nghiên cứu cho thấy hiệu suất nhiên chưa có nghiên cứu đánh giá ảnh tăng so với điều khiển đóng-mở 1,54% Việt hưởng điều kiện thời tiết đến lượng hữu Nam khơng tránh khỏi tình trạng thiếu hụt ích hệ thống lượng mặt trời nguồn lượng giới Cho nên, việc Vì báo nghiên cứu, đánh giá sử dụng nguồn lượng tái tạo thay ảnh hưởng điều kiện thời tiết đến lượng nguồn lượng truyền thống phát triển hữu ích hệ thống nước nóng lượng mặt mạnh mẽ trời khu vực phía nam Việt Nam Các nước phát triển giới phát CƠ SỞ LÝ THUYẾT II triển mạnh mẽ lĩnh vực sản xuất nước nóng Trong nghiên cứu này, lượng hữu ích lượng mặt trời Mỹ, Đức, Pháp, Qu (W) thu lượng mặt trời Tây Ban Nha, Trung Quốc… Ở Việt Nam tính sau [10]: Qu Ac FR I t U L Tci Ta ứng dụng lượng tái tạo cách mC p Tco Tci không lâu thể tiềm lớn, đặc biệt sản xuất nước nóng lượng mặt trời Do vị trí địa lý ưu cho Việt Nam nguồn lượng mặt trời vô lớn, đặc biệt thành phố Hồ Chí Minh, nơi mà nhu cầu sử dụng nguồn nước nóng phục vụ khơng cho (1) FR hệ số dịch chuyển nhiệt thu, liên quan đến diện tích thu, hệ số tổn thất nhiệt toàn phần lưu lượng khối lượng, tính sau [10]: FR hộ gia đình mà cho khách sạn, chung cư A U F mC p 1 exp c L AcU L mc p (2) cao cấp, khu nghỉ dưỡng, bệnh viện Do đó, việc sử dụng nguồn lượng mặt trời để sản Với: xuất nước nóng thay cho phương thức cũ dùng điện trở, lò hơi… có ý nghĩa F to lớn UL 1 W U L D W D F Cb Di h f ,i (3) GVHD: TS Lê Minh Nhựt 108 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ song song với có tổng diện tích 8m2 F m W D / m W D / (4) đặt nghiêng góc 450 so với mặt phẳng nằm ngang hướng phía Nam Bình tích trữ có đường kính 820 mm chiều cao 1080 mm đáp ứng theo yêu cầu Vs A c 33,3 L m2 [3] Bình Hệ số tổn thất nhiệt tồn phần UL (W/m2 K) U L Ut Ub Ue (5) Cân lượng bình tích trữ nước nóng tính sau: MC p dTs Qu Qw Qst dt tích trữ nhựa bọc cách nhiệt polyurethane dày 50 mm (6) Tổn thất nhiệt bình tích trữ tính sau: Qst U s As Ts Ta Nhiệt độ Ta Bộ thu lượng mặt trời (7) Dòng nhiệt cung cấp cho người sử dụng tính sau [9]: U A Qw mwC p Ts Twi 1 exp w w mwc p III MƠ TẢ HỆ THỐNG 3.1 Mơ tả hệ thống Tco Tci Nhiệt độ Nhiệt độ Bơm Bộ điều khiển thu thập liệu (8) Nhiệt độ Nước nóng cấp Ts Hệ thống nước nóng lượng mặt trời Bình tích trữ Nước lạnh bổ sung kiểu cưỡng bức, phục vụ nghiên cứu thiết Hình Sơ đồ hệ thống thu lượng mặt trời kế, chế tạo lắp đặt Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh hình Hệ thống bao gồm thu lượng mặt trời, bình tích trữ, bơm nước, đồng hồ lưu lượng, điều khiển thu thập liệu Bộ thu lượng mặt trời gồm collector, có chiều dài 2m, chiều rộng 1m, khoảng cách ống 0,08m, đường kính ngồi ống 0,013m có 11 ống, kết nối GVHD: TS Lê Minh Nhựt 109 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ liệu có liên quan đến nhiệt độ hệ thống ghi lại thể hình điều khiển Bức xạ lượng mặt trời đo máy đo xạ mặt trời Tenmars TM-207 (sai số +/- 1,5%) [12] cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ môi trường lắp đặt gần vị trí thu lượng mặt trời (sai số+/- 0,5%) Ngoài ra, ba cảm biến nhiệt độ sử dụng để đo nhiệt độ nước đầu vào, nhiệt độ nước đầu Hình Sơ đồ thực tế thu lượng mặt trời thu nhiệt độ nước nóng bình tích trữ có sai số +/-0,5% Phương pháp thí nghiệm 3.2 Lưu lượng nước qua vịng tuần hồn thu đặt 0,132 kg/s Các thông số cần ghi nhận trình đo đạc bao gồm: xạ lượng mặt trời, điện tiêu thụ, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ nước đầu vào, nhiệt độ nước đầu Hình Bộ điều khiển lượng mặt trời Nguyên lý hoạt động hệ thống nước nóng lượng mặt trời mơ tả sau: Đối với bơm nước tuần hoàn thu, chênh lệch nhiệt độ nước đầu thu nhiệt độ nước đáy bình tích trữ cao so với giá trị đặt Ton Tco Ts 10 oC, bơm thu chạy, tắt giá trị thấp giá trị Toff Tco Ts C Bơm thu điều thu nhiệt độ nước bình tích trữ Thời gian thí nghiệm 7h30 đến 16h40 cho tất ngày, nhiệt độ nước ban đầu thí nghiệm khơng đổi 300C, thông số đo với thời gian 10 phút lần, số liệu ghi vào file excel, thí nghiệm tiến hành ba dạng ngày khác ngày nắng, ngày có mây ngày mưa IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN khiển chương trình viết ngơn ngữ C++ Các cảm biến nhiệt độ kết nối Hình hình cho thấy hoạt động bơm thu lượng mặt trời trường với điều khiển Arduino mega [11] Tất GVHD: TS Lê Minh Nhựt 110 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ hợp ngày nắng Bơm tuần hoàn bắt đầu hoạt Trong nhiệt độ nước đầu vào thu Tci động từ 9h50 đến khoảng 10h00 dừng, sau liên tục tăng độ chênh lệch nhiệt độ nước đầu đến khoảng 10h50 hoạt động trở lại vào, đầu thu tăng giảm bơm 15h50 dừng Khi bơm tuần hồn hoạt động, tuần hồn tắt Nhiệt độ nước bình tích trữ nhiệt độ nước đầu thu Tco tăng lên Ts tăng dần lên đạt giá trị cao 650C vào sau giảm dần vào khoảng 15h30, lúc khoảng 15h00 xạ lượng mặt trời It giảm, nhiệt độ nước Tổng lượng hữu ích cấp đến bình tích trữ đầu thu đạt giá trị cao 67,50C vào lúc nước nóng 10,22 kWh tổng lượng điện 15h00 tiêu tốn cho bơm nước tuần hoàn thu tương ứng 2,1 kWh 50 m 40 700 30 500 400 20 300 200 10 It Ta 700 40 600 500 30 400 20 300 200 100 10 100 7:30 9:50 10 10:50 11 12 13 14 15 16 Thời gian (h) Hình Thay đổi lưu lượng khối lượng theo thời gian ngày nắng 3000 70 2500 60 Thời gian (h) Hình Thay đổi lưu lượng khối lượng theo thời gian ngày có mây 50 1500 30 1000 20 500 10 1800 50 45 1500 40 35 1200 30 Qu(wh) 40 Nhiệt độ (0C) 2000 Qu(Wh) 50 m 900 25 20 600 15 7:30 Qu 10 11 12 13 Thời gian (h) Ta Tci 14 15 16 10 300 Nhiệt độ (0C) It (W/m2) 600 800 Nhiệt độ, lưu lượng (0C,l/p) Ta It(W/m2) It 800 Nhiệt độ,Lưu lượng (oC,l/p) 900 Ts Tco 0 7:30 Hình Thay đổi lượng hữu ích Qu nhiệt độ ngày nắng 10 11 12 13 14 15 16 Thời gian (h) Qu Ta Tci Ts Tco Hình Thay đổi lượng hữu ích Qu nhiệt độ ngày có mây GVHD: TS Lê Minh Nhựt 111 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ Hình hình cho thấy hoạt động bơm thu lượng mặt trời trường hợp ngày có mây Bơm tuần hồn hoạt động từ lúc 8h50 đến khoảng 14h50 không liên tục Theo hình ta thấy bơm tắt mở liên tục khoảng thời gian từ 8h50 đến 14h50 sau tắt hẳn Điều giảm đột ngột lượng xạ mặt trời It bề mặt thu dẫn đến nhiệt độ nước đầu thu Tco giảm Nhiệt độ nước bình tích trữ Ts tăng dần đạt giá trị 460C vào khoảng 14h00 Tổng lượng hữu ích cấp đến bình tích trữ nước nóng Hình Thay đổi lượng hữu ích Qu nhiệt độ ngày mưa 4,4 kWh tổng lượng điện tiêu tốn cho bơm nước tuần hoàn thu tương ứng 1,28 kWh Hình hình cho thấy hoạt động bơm thu lượng mặt trời trường hợp ngày mưa Bơm tuần hồn khơng hoạt động suốt q trình thí nghiệm Điều lượng xạ mặt trời It chiếu đến thu thay đổi liên tục Nhiệt độ nước đầu vào Tci, nhiệt độ nước đầu Tco thu lượng mặt trời thay Hình Thay đổi lưu lượng khối lượng theo thời gian ngày mưa đổi Nhiệt độ nước bình tích trữ Ts đạt khoảng 360C thời điểm 10h00 Tổng lượng hữu ích cấp đến bình tích trữ nước nóng kWh tổng lượng điện tiêu tốn cho bơm nước tuần hoàn thu tương ứng kWh GVHD: TS Lê Minh Nhựt 112 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ V KẾT LUẬN Các thí nghiệm thực ba dạng ngày khác ngày nắng, ngày có mây ngày mưa với giá trị lưu lượng nước qua vịng tuần hồn thu không đổi 0,132 kg/s Để đánh giá ảnh hưởng điều kiện thời tiết đến lượng hữu ích hệ thống nước nóng lượng mặt trời Kết thí nghiệm cho thấy lượng hữu ích Qu cấp đến bình tích trữ nước nóng ngày nắng, ngày có mây ngày mưa 10,22 kWh, 4,4 kWh, kWh điện tiêu tốn cho bơm thu tương ứng 2,1 kWh, 1,28 kWh, kWh Hệ thống điều khiển tự động hoạt động ổn định suốt thí nghiệm LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS LÊ MINH NHỰT tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm quý báu để tác giả hoàn thành báo Tác giả xin trân trọng cám ơn q thầy Khoa Cơ Khí Động Lưc nói chung, q thầy Bộ Mơn Kỹ Thuật Nhiệt-Điện Lạnh nói riêng nhóm sinh viên lớp Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt K12 giúp đỡ, tạo điều kiện để tác giả hoàn thành báo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Novo, A.V., Bayon, J.R., et al., Review of seasonal heat storagein large basins: water tanks and Gravel-water pits Applied Energy 87, 390-397,2010 [2] Yumrutas, R., Unsal, M., Energy analysis and modeling of a solar assisted house heating system with a heat pump and an underground energy storage tank Solar Energy 86, 983-993a, 2012 [3] Badescu, V., Optimal control of flow in solar collector systems with fully mixed waterstorage tanks, Energy Conversion and Management 49, pp.169-184, 2008 [4] Kavarik, M., Lesse, F.,Optimal control of flow in temperature solar heat collectors Solar Energy, Vol 18, pp 431- 435, pegamon press, 1976 [5] Winn, C.B., Hullll, D.E., Optimal controllers of the second kind Solar energy 23, 529-534, 1979 [6] Dorato, P., Optimal temperature control of solar energy systems Solar Enegry, Vol 30, No 2, pp 147-152, 1983 GVHD: TS Lê Minh Nhựt 118 HVTH: Nguyễn Du Luận văn thạc sĩ [7] Orbach, A., Rorres, C., et al., Optimal control of a solar collector loop using a distributed-lumped model Automatica, Vol.17, No.3, pp 535-539, 1981 [8] Saltiel, C., Sokolov, M., Optimal control of a multicomponent solar collector system Solar Energy, Vol 34, No 6, pp 463-473, 1985 [9] Nhut, L M., Park, Y C.,A study on automatic optimal operation of a pump for solar domestic hot water system Elsevier, Solar Energy 98, 448–457, 2013 [10] Duffie, J.A., Beckman, W.A., Solar Engineering of Thermal Processes, pp490-491, John Wiley & Sons, New York, Fourth Edition, 2013 [11] https://www.google.com.vn/#q=arduino+mega+8 [12] https://sieuthihaiminh.vn/may-do-buc-xa-mat-troi-tenmars-tm-207.html Thông tin lên hệ tác giả: Họ tên: Nguyễn Du Đơn vị: trường Trung Cấp Kinh Tế - Kỹ Thuật Cà Mau Điện thoại: 0939 798 191 Mail: duktcnnl@gmail.com GVHD: TS Lê Minh Nhựt 119 HVTH: Nguyễn Du S K L 0 ... văn: ? ?Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng lượng mặt trời loại cưỡng với lưu lượng nước qua vòng lặp collector số? ?? 1.3 Mục đích đề tài Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng lượng. .. văn thạc sĩ TÓM TẮT Luận văn: ? ?Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng lượng mặt trời loại cưỡng với lưu lượng nước qua vòng lặp collector số? ??, làm rõ vấn đề sau: - Tổng quan nguồn lượng. .. lượng mặt trời phẳng loại cưỡng với lưu lượng nước qua vòng lặp collector số 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống nước nóng lượng mặt trời phẳng loại cưỡng với