(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời

(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời(Đồ án tốt nghiệp) Ứng dụng bộ làm mát nhiệt điện để ngưng tụ hơi nước trong không khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật nhiệt TÊN ĐỀ TÀI: CHẾ TẠO MƠ HÌNH THU NƯỚC TỪ KHƠNG KHÍ ỨNG DỤNG BỘ LÀM MÁT NHIỆT ĐIỆN, SỬ DỤNG NGUỒN TRỰC TIẾP TỪ PIN MẶT TRỜI DANH SÁCH SINH VIÊN THỰC HIỆN VÀ MÃ SỐ SINH VIÊN: TRẦN CÔNG DANH 15147073 PHAN THANH HUY 15147091 ĐỖ NGỌC PHỤNG 15147116 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS LÊ MINH NHỰT Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 LỜI CẢM ƠN Trong suốt bốn năm vừa qua, chúng em nhận sự giúp đỡ tận tình từ gia đình, q thầy cơ, bạn bè anh chị khóa trước tạo điều kiện thuận lợi, hướng dẫn chúng em tận tình suốt thời gian học tập trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Lời đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn tri ân sâu sắc đến TS Lê Minh Nhựt Trong suốt thời gian vừa qua, thầy quan tâm chia sẻ, dẫn cho nhóm em tận tình khó khăn chúng em gặp phải q trình làm đờ án tốt nghiệp Trong suốt thời gian qua, chúng em học từ thầy nhiều không thái độ làm việc, sự nghiêm túc công việc nghiên cứu lượng kiến thức quý báu điểm tựa để chúng em ứng dụng vào cơng việc sau Cùng sự quan tâm, yêu thương q thầy mơn, q anh chị khóa trước gia đình giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đề tài: “Ứng dụng làm mát nhiệt điện để ngưng tụ nước khơng khí, sử dụng nguồn điện trực tiếp từ lượng mặt trời” Chúng em xin chân thành cảm ơn toàn q thầy mơn Cơng nghệ Kỹ thuật Nhiệt, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hờ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi, truyền đạt cho chúng em kiến thức quí báu tạo cho chúng em có tảng để chúng em vận dụng tính tốn, làm đờ án cách tốt Chúng em gửi lời lời cảm ơn sâu sắc đến anh chị khóa trước (khóa k11, k12, k14) hỗ trợ, giúp đỡ chúng em tận tình có sự dẫn cần thiết để chúng em biết cách tra cứu tài liệu phục vụ cho đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến lãnh đạo khoa khí động lực tạo điều kiện để chúng em kịp thời khắc phục thiếu sót q trình làm thủ tục chuẩn bị cho ngày nghiệm thu bảo vệ đề tài nhóm chúng em Với điều kiện thực đồ án kinh nghiệm cịn non nớt, q trình làm đồ án chúng em tránh khỏi thiếu sót ngớ ngẩn Vì vậy, chúng em kính mong nhận phản hời đóng góp ý kiến từ q thầy để chúng em rút học cho trang bị cần thiết trước I chúng em tiếp cận với môi trường công nghiệp chuyên nghiệp, tránh khỏi thiếu sót cơng việc sau chúng em Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn! II TÓM TẮT Thực trạng thiếu nước sử dụng diễn nhiều nơi, nhiều quốc gia giới Đặc biệt nơi thường xuyên phải đối mặt với hạn hán hay nơi có ng̀n nước bị nhiễm, nhiễm mặn Chính mà việc nghiên cứu khoa học kỹ thuật để đưa giải pháp nhằm khắc phục tình trạng thiếu nước điều cần thiết Trong đó, ngưng tụ nước từ khơng khí xem bước đột phá để đảm bảo cung cấp lượng nước cần thiết phục vụ cho người Trong nghiên cứu này, nhóm đưa giải pháp nâng cao hiệu q trình ngưng tụ nước từ khơng khí cách sử dụng làm mát nhiệt điện Peltier thông qua việc tận dụng nguồn lượng mặt trời làm nguồn phát Từ việc đưa phương án việc thực tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình, với thu thập xử lí số liệu thông qua thực nghiệm nhiều điều kiện thời tiết khác (trời nắng trời nhiều mây, mưa) giúp cho nghiên cứu thể cách rõ ràng cấu tạo nguyên lý làm việc làm mát nhiệt điện Peltier pin lượng mặt trời - hai mảnh ghép mơ hình ngưng tụ nước khơng khí Mặc dù kết thu từ lượng nước ngưng hạn chế, song việc tận dụng nguồn lượng mặt trời vơ tận ta mong đợi kết mang tín hiệu tích cực hệ thống làm việc ổn định qua ngày cho nhiều lượng nước ngưng theo thời gian Ngoài ra, nghiên cứu đề cập đến số nghiên cứu ngồi nước có liên quan đến mơ hình giúp cho người đọc có góc nhìn đa dạng chi tiết với nhiều loại hệ thống ngưng tụ nước khơng khí sử dụng làm mát nhiệt điện Peltier Đồng thời, nghiên cứu sở để phục vụ cho mục đích nghiên cứu sâu xa hơn, nhằm hồn thiện phát triển mơ hình ngưng tụ nước để tối ưu hóa cho kết đáng mừng III MỤC LỤC MỤC LỤC IV DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU VII DANH MỤC HÌNH ẢNH IX DANH MỤC BẢNG BIỂU XII CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề .1 1.1.1 Năng lượng tái tạo môi trường 1.1.2 Tình hình sử dụng lượng tái tạo giới 1.1.3 Tình hình sử dụng lượng tái tạo nước ta 1.1.4 Nhu cầu sử dụng nước Việt Nam 1.1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.1.6 Khả ứng dụng đề tài nghiên cứu .9 1.2 Tình hình nghiên cứu nước ngồi nước 10 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 10 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 10 1.3 Mục tiêu đề tài 11 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 12 2.1 Cơ sở tính tốn .13 2.2 Tính tốn hệ thống 17 2.2.1 Chọn thông số làm việc điều kiện môi trường 17 2.2.2 Tính tốn sơ cơng suất hệ thống tính chọn Pin mặt trời 19 2.3 Tính tốn thiết kế hệ thống ngưng tụ nước khơng khí 20 2.3.1 Đưa phương án thiết kế .20 2.3.2 Tính toán thiết kế hệ thống 21 IV 2.3.3 Tính tốn tổn thất điện tổn thất nhiệt 27 2.4 Mô phần mềm mô số Comsol Multiphysics .30 2.4.1 Giới thiệu phần mềm Comsol Multiphysics 30 2.4.2 Môi trường Comsol Multiphysics 31 2.4.3 Một số thành phần Comsol Multiphysics 34 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 36 3.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống 36 3.1.1 Sơ đồ hoạt động hệ thống .36 3.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 36 3.1.3 Các thiết bị cấu thành nên mơ hình: 42 3.1.4 Mạch giảm áp DC – DC XL4015 ÷ 38V/ 5A .45 3.2 Phương pháp thí nghiệm 46 3.3 Các thiết bị đo .47 3.3.1 Đo xạ mặt trời: 47 3.3.2 Đo tốc độ gió .48 3.3.3 Đo nhiệt độ 49 3.3.4 Đo nhiệt độ độ ẩm không khí .50 3.3.5 Đo điện áp hoạt động hệ thống 51 3.4 Các phương pháp đo .52 3.4.1 Đo nhiệt độ tản nhiệt 52 3.4.2 Đo nhiệt độ, độ ẩm dịng khơng khí trước sau làm lạnh .52 3.4.3 Đo cường độ xạ mặt trời 53 3.4.4 Đo tốc độ dịng khơng khí cấp 54 3.4.5 Đo điện áp, cường độ dòng điện .55 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 56 V 4.1 Kết mô truyền nhiệt Comsol Multiphysics 56 4.1.1 Kết mô .56 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường đến trình ngưng tụ nước 58 4.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường đến trình ngưng tụ nước điều kiện ngày nắng 59 4.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ mơi trường đến q trình ngưng tụ nước điều kiện ngày mây .60 4.3 Ảnh hưởng xạ mặt trời đến hiệu làm việc hệ thống .61 4.3.1 Ảnh hưởng xạ mặt trời đến hiệu làm việc hệ thống điều kiện ngày nắng 61 4.3.2 Ảnh hưởng xạ mặt trời đến hiệu làm việc hệ thống điều kiện ngày mây .63 4.4 Lượng nước ngưng tụ 65 4.4.1 Lượng nước ngưng tụ điều kiện ngày nắng 65 4.4.2 Lượng nước ngưng tụ điều kiện ngày mây 66 4.4.3 Lượng nước ngưng tụ điều kiện ngày mưa 67 4.5 Hệ số làm lạnh Peltier .68 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 5.1 Kết luận 75 5.2 Kiến nghị 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 VI DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DB (Dry – bulb): Nhiệt độ bầu khơ khơng khí, oC DP (Dew – Point): Nhiệt độ đọng sương FCU (Fan coil units): Quạt cấp khơng khí ống cuộn IEA (International Energy Agency): Cơ quan Năng lượng Quốc tế PGF (Panel Generation Factor): Hệ số hấp thụ lượng mặt trời PS: Chip Set RH (Relative Humidility): Độ ẩm tương đối SLC (Solar Cel): Pin mặt trời TBGN: Thiết bị giải nhiệt COP (Coefficient of performance): Hệ số hiệu suất Pcđ: Công suất cực đại Pin mặt trời, W Pt: Công suất thực Pin mặt trời, W P: Công suất tiêu thụ điện, W I: Cường độ dòng điện, A U: Điện áp, VDC δ: Góc lệch đường xích đạo theo phương ngang, Độ β: Góc nghiêng Pin mặt trời, Độ Փ: Góc nghiêng tối ưu theo tháng, Độ nr: Hệ số ngày có xạ mặt trời năm 𝜂SLC: Hiệu suất Pin mặt trời, % t: Thời gian, ∆ξe: Tổn thất điện 𝜑: Độ ẩm tương đối, % VII pb: Áp suất bão hòa, bar B: Áp suất khí trời, ba d: Dung ẩm, kg ẩm/kgkk t: Nhiệt độ, oC VIII DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Biểu đồ tiêu thụ lượng giới qua năm Hình 1.2: Biểu đồ sản xuất điện từ nguồn lượng tái tạo giới năm 2016 Hình 1.3: Dự án điện mặt trời nối lưới Việt Nam tịa nhà Bộ Cơng Thương Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động Peltier - Hiệu ứng Nhiệt - Điện 13 Hình 2.2: Đờ thị thể cường độ xạ mặt trời năm .16 Hình 2.3: Góc lệch đường xích đạo theo phương ngang 22 Hình 2.4: Góc nghiêng Pin mặt trời theo phương ngang 23 Hình 2.5: Đồ thị thể mối liên hệ khối lượng riêng khơng khí với dung ẩm nhiệt độ .26 Hình 2.6: Thư viện mơ Comsol Multiphysics 33 Hinh 2.7: Chọn phương pháp giải 33 Hình 2.8: Mơ hình mẫu phần mềm Comsol Multiphysics .34 Hình 2.9: Thanh cơng cụ phần mềm Comsol Multiphysics .34 Hình 3.1: Sơ đồ hoạt động hệ thống 36 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống ngưng tụ nước từ khơng khí 36 Hình 3.3: Đồ thị Qc – DT Peltier 37 Hình 3.4: Đồ thị mức độ hoạt động Pin mặt trời .38 Hình 3.5: Bản vẽ kích thước mơ hình 38 Hình 3.6: Mơ hình hệ thống 3D 39 Hình 3.7: Mơ hình hệ thống thực tế 40 Hình 3.8: Mơ hình hệ thống nhìn từ bên 40 Hình 3.9: Thơng số hệ thống lúc bắt đầu vận hành 41 Hình 3.10: Quá trình ngưng tụ nước miếng nhôm .41 IX 4.4.3 Lượng nước ngưng tụ điều kiện ngày mưa Hình 4.13: Đồ thị thể ảnh hưởng xạ mặt trời đến trình ngưng tụ nước vào ngày mưa Từ đồ thị trên, ta dễ dàng nhìn thấy lượng nước ngưng tụ điều kiện trời mưa ít, đạt 9ml/ 6h 0.05 lần so với lượng nước thu nhận từ hệ thống điều kiện trời nắng Nhìn chung, điều kiện trời nắng làm cho nhiệt độ độ ẩm khơng khí tăng lên cao Nhưng sự hoạt động ổn định hệ thống đủ khả để làm cho nhiệt độ không khí vùng ngưng tụ hạ thấp ngưỡng ngưng tụ khơng khí, với nhiệt độ ngưng tụ 20.2oC từ trình thực nghiệm thực tế so với nhiệt độ đọng sương tính tốn lý thuyết 27.36oC Hơn nữa, vị trí cánh nhơm, ngồi nhiệm vụ làm lạnh thực trình ngưng tụ nước từ khơng khí, cánh nhơm có chức cản trở dịng khơng khí qua lưu giữ khơng khí lâu trước ngưng tụ rời khỏi cánh nhôm Do đó, q trình đo đạc, độ ẩm khơng khí cao khoảng 87 ÷ 90% so với độ ẩm môi trường 67 Trong điều kiện trời mây, lượng nước thu từ hệ thống xấp xỉ 0.54 lần so với lượng nước thu từ hệ thống điều kiện trời nắng, cụ thể lượng nước thu nhận từ hệ thống 93ml/ 6h Tuy cường độ xạ không đều, trái lại điều kiện môi trường cung cấp cho hệ thống lý tưởng với độ ẩm cao nhiệt độ mơi trường trung bình, việc ngưng tụ nước diễn chậm so với điều kiện trời nắng 4.5 Hệ số làm lạnh Peltier Hình 4.14: Đồ thị thể ảnh hưởng xạ mặt trời đến hệ số làm lạnh COP hệ thống vào ngày nắng Tại điều kiện trời nắng, sự thay đổi nhiệt độ môi trường, xạ mặt trời lượng điện sinh phần tác động lớn đến hệ số COP hệ thống suốt thời gian chạy hệ thống Trong khoảng thời gian từ 9h đến 9h25, xạ mặt trời đạt khoảng từ 939 ÷ 997 W/m2, hệ số COP đạt mức trung bình tương đối cao 0.297/0.355 hệ thống đạt hệ số COP cao thời điểm 12h40 Trong suốt khoảng thời gian từ 9h30 đến 14h15, cường độ xạ mặt trời ln có ngưỡng cao 1000W/m2, khoảng từ 1003 ÷ 1100 W/m2 hệ số COP trung bình tăng không đáng kể so với 30 phút đầu vận hành hệ thống với độ tăng COP 0.001817 Điều cho thấy rằng, điện áp Pin mặt trời cấp cho hệ 68 thống tăng theo chiều thuận với xạ mặt trời trời, lượng nhiệt từ tia xạ làm nhiệt độ mơi trường nóng lên, dẫn đến tính hiệu lượng giảm xuống mặc dù điện sản sinh là cung cấp đủ cho hệ thống trì thời gian dài, điều làm cho COP hệ thống chưa tăng cao Hình 4.15: Đồ thị thể ảnh hưởng xạ mặt trời đến hệ số làm lạnh COP hệ thống vào ngày mây Chính sự tăng – giảm đột ngột xạ mặt trời đờ thị hình 4.15, hệ số COP hệ thống tăng giảm bất chợt, mặc dù xạ mặt trời đạt mức trung bình 436.9 W/m2, xét mặt lý luận hệ số COP cho thấy tín hiệu sau: Thứ nhất, xạ mặt trời đến mặt đất nhiều hay bị ảnh hưởng nhiều yếu tố khách quan, chủ yếu mây Bức xạ mặt trời đảm bảo ngưỡng cao 1100 W/m2 lại giảm sau đến phút Nhưng hệ số COP đạt mức trung bình 0.3 nhờ vào nhiệt độ khơng khí mơi trường tác động đến Thứ hai, sự tăng giảm tức thời lượng xạ đến bề mặt đất, làm cho sự nóng lên khơng khí mơi trường xung quanh không diễn liên tục, dẫn đến sự truyền nhiệt đối lưu từ khơng khí đến tản nhiệt không liên tục, sự ảnh hưởng ngược lại từ nhiệt độ khơng khí mơi trường đến hệ thống tản nhiệt Peltier không diễn 69 mạnh mẽ Nhiệt độ khơng khí mơi trường điều kiện trời mây cao 33.8 oC thấp 30.3oC, khoảng nhiệt độ giải nhiệt tốt cho tản nhiệt khí, nâng cao hiệu làm việc hệ thống mặc cho cường độ xạ thời tiết trời mây khơng ổn định Hình 4.16: Đồ thị thể chênh lệch hệ số làm lạnh toàn hệ thống trường hợp thực nghiệm Kết thực nghiệm cho thấy, hệ số làm lạnh Peltier điều kiện trời mây cao 33% so với trường hợp điều kiện trời nắng, sấp sỉ 70% so với trường hợp điều kiện trời mưa Tuy lượng nước thu trường hợp trời mây khơng cao sự lý tưởng hóa điều kiện môi trường nhiệt độ độ ẩm không khí làm cho hệ số làm lạnh Peltier cao so với hai trường hợp lại Từ kết đờ thị thể thiện hình 4.17, ta thấy kết nhiệt độ khơng khí đầu mơ có độ sai số với kết thực nghiệm tính tốn bé với độ sai số ∆ξt ~ (0.495 ÷ 1.485) % 70 Hình 4.17: Đồ thị thể chênh lệch nhiệt độ khơng khí đầu khỏi hệ thống liệu lý thuyết, thực nghiệm mô phỏng Sự chênh lệch nhiệt độ khơng khí đầu khỏi hệ thống lý thuyết, thực nghiệm mô khơng có sự chênh lệch lớn Tại nhiệt độ khơng khí đầu vào trung bình 35.226oC, nhiệt độ khơng khí đầu vào cao với 40.4oC nhiệt độ khơng khí đầu vào thấp với 31oC điều kiện ngày nắng Kết từ độ thị cho thấy nhiệt độ khơng khí đầu theo lý thuyết trung bình 22.237oC, theo thực nghiệm 21.551oC theo mơ với 21.737oC Như cho thấy, sự sai lệch mơ lý thuyết trung bình khoảng 3.28% mô với thực nghiệm khoảng 1.547% Cụ thể, ứng với nhiệt độ khơng khí đầu vào cao 40.4oC thấp với 31oC nhiệt độ khơng khí đầu khơng khí theo lý thuyết cao 24.2oC, thấp 20.1oC, nhiệt độ khơng khí đầu theo thực nghiệm cao 23.7 oC thấp 20.3oC So với mô số, độ chênh lệch kết mô lớn vào khoảng 5.256% sai số nhỏ 0.59% Độ chênh lệch kết mô thực nghiệm lớn 4.96% thấp 0.04% Như vậy, từ kết cụ thể vừa nêu trên, điều kiện lý tưởng lượng điện sản sinh đủ để cung cấp cho hệ thống hoạt động bình thường ổn 71 định điều kiện trời nắng Với kiện thu thập từ thực nghiệm, điều kiện khách quan tự nhiên kết mô được, cho thấy lượng nước ngưng tụ phụ thuộc nhiều vào độ ẩm môi trường (như đề cập phần trên) Tuy nhiệt độ khơng khí làm lạnh xuống nhiều so với nhiệt độ đọng sương từ 3.66 ÷ 7.06oC, độ ẩm khơng khí lại khơng cao nên dẫn đến lượng nước ngưng tụ không nhiều, 172 ml/6h Hình 4.18: Đồ thị thể ảnh hưởng xạ mặt trời đến nhiệt độ không khí khỏi hệ thống tính tốn, thực nghiệm mô phỏng Bức xạ mặt trời nhân tố làm ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ đọng sương khơng khí mơi trường, ứng với bước nhảy nhiệt độ, độ ẩm khơng khí mơi trường nhiệt độ đọng sương ln biến thiên, khoảng từ ÷ oC điều kiện trời nắng, điều làm ảnh hướng đến tính ổn định vận hành hệ thống 72 Hình 4.19: Đồ thị thể thay đổi nhiệt độ không khí đầu nhiệt độ khơng khí mơi trường thay đổi tính tốn, thực nghiệm mơ phỏng Từ đờ thị Hình 4.18 Hình 4.19, ta thấy sự ảnh hưởng xạ mặt trời độ ẩm mơi trường đến nhiệt độ khơng khí trước vào hệ thống sau khỏi hệ thống lớn đến Cụ thể, độ ẩm môi trường thấp 70% vào khoảng 9h00 đến 9h35 Trong khoảng thời gian này, nhiệt độ không khí mơi trường cao 33oC thấp 31oC (nhiệt độ trung bình 32.4oC) Trong khoảng thời gian này, nhiệt độ khơng khí làm lạnh dàn ngưng tụ xuống thấp 20.1oC theo tính tốn 20.3oC theo thực nghiệm sai lệch kết 0.83% so với mô phỏng, cường độ xạ trung bình 984.75W/m2 lượng nước đạt 10ml/35 phút Hơn nữa, lượng xạ mặt trời từ 10h30 đến lúc mặt trời lên thiên đỉnh có cường độ xạ cao – sấp sỉ 1100W/m2 Trong khoảng thời gian này, độ ẩm môi trường đạt từ 48 ÷ 61 %, nhiệt độ khơng khí cấp vào hệ thống khoảng 34 ÷ 40oC, ngưỡng nhiệt độ khơng khí cấp vào hệ thống cao ngày Nhiệt độ khơng khí làm mát xuống 23.27oC theo kết mô số sai số 3.843 % so với tính tốn 1.848 % so với thực nghiệm, lượng nước đạt 2.37ml/ 35 phút 73 Từ hai nhận định trên, ta thấy sự ảnh hưởng xạ mặt trời độ ẩm môi trường tác động đến trình trao đổi nhiệt khơng khí với dàn ngưng tụ đờng thời đến q trình ngưng tụ nước từ khơng khí cách rõ rệt Trong khơng khí chứa lượng ẩm lớn, cụ thể 70 ÷ 80 % độ ẩm, giúp cho trình đổi nhiệt khơng khí dàn ngưng tụ diễn nhanh với ∆t = 9.7 oC, hiệu trình ngưng tụ nước từ khơng khí Ngược lại, lượng ẩm khơng khí thấp khoảng 48÷ 61% nhiệt độ khơng khí trung bình cao khoảng 35.8oC, dẫn đến q trình trao đổi nhiệt khơng khí đầu vào dàn ngưng tụ diễn chậm q trình ngưng tụ nước từ khơng khí diễn chậm so với lượng khơng khí cấp vào có độ ẩm lớn nhiệt độ thấp 74 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Kết mô minh chứng cho kết q trình thực nghiệm mơ hình có độ sai số bé, dao động từ 0.6 ÷ 5% mơ tính tốn lý thuyết từ 0.05 ÷ 4.96% mơ thực nghiệm Qua kết mô chuyển pha, độ khô khơng khí giảm khơng đáng kể, từ 0.525 xuống 0.495 cho thấy trình ngưng tụ nước diễn ổn định lượng nước ngưng tụ không đáng kể, mặc dù nhiệt độ nhôm làm lạnh sâu -2 oC lượng khơng khí ngưng tụ lại cịn chưa thực sự hiệu Mơ hình ngưng tụ nước từ khơng khí, sử dụng ng̀n cấp trực tiếp từ pin mặt trời (không sử dụng battery), hoạt động tương đối hiệu điều kiện trời nắng Nguồn điện cung cấp cho hệ thống đạt 97% so với tổng điện tiêu thụ hệ thống Lượng nước ngưng tụ điều kiện trời nắng đạt 172ml/ 6h điều kiện cường độ xạ mặt trời trung bình ngày cao 1027.548 w/m2, nhiệt độ môi trường cao đạt 40.4oC dẫn đến độ ẩm khơng khí điều kiện trời nắng giảm nhanh từ 58% xuống 48% khoảng thời gian từ 12h10 đến 14h00, điện áp đầu ổn định (đạt ngưỡng 8.36A 16.588 VDC) suốt thời gian gian thực nghiệm từ 9h đến 15h nên hệ thống chạy khơng bị ngắt quảng q trình ngưng tụ nước diễn hệ số COP hệ thống ln đạt mức trung bình 0.3 giá trị hệ số COP cao đạt 0.356 Ở điều kiện trời mây, cường độ xạ ngày phần lớn bị mây che, sự tăng – giảm bất chợt, cường độ xạ trung bình ngày đạt 436.904 w/m Nhiệt độ môi trường cao 33.8 oC độ ẩm trung bình ngày cao, gần 70% Điện sản sinh không ổn định, phần lớn dao động từ 1.99 ÷ 4.98A, điện áp pin mặt trời sản sinh trung bình ngày đạt 4.275 A 8.439 VDC Hệ thống ln hoạt động tình trạng thiếu tải ngược lại, điều kiện nhiệt độ thấp, độ ẩm cao nên lượng nước ngưng tụ khơng q so với hệ thống hoạt động điều kiện trời nắng, lượng nước ngưng tụ điều kiện trời mây 93ml/ 6h Hệ số COP hệ thống trung bình 0.298 dao động từ 0.248 ÷ 0.356 75 Hệ thống hoạt gần không hoạt động điều kiện trời mưa, lượng xạ thấp vào khoảng từ 9h00 đến 10h45, sản sinh lượng điện cấp cho hệ thống ngang mức khởi động 7VDC – 3.5A Tuy hệ thống chạy tình trạng thiếu tải độ ẩm mơi trường cao đạt ngường 85 ÷ 89%, nhiệt độ mơi trường 32 ÷ 34oC có nước ngưng tụ từ hệ thống ít, 10ml /6h Từ nhận định trên, thấy với điều kiện hoạt động khác khoảng thời gian vận hành 6h Ta thấy điều kiện trời mây, nhiệt độ môi trường tăng, độ ẩm giảm nhiều hệ thống ln đảm bảo tính ổn định hoạt động hiệu so với điều kiện trời mây trời mưa Lượng nước ngưng tụ điều kiện trời nắng đạt 173ml/6h, gấp 1.89 lần so với lượng nước ngưng tụ điều kiện trời mây 17.3 lần với điều kiện trời mưa Với tốc độ gió khơng đổi, sự thay đổi nhiệt độ – độ ẩm môi cường độ xạ mặt trời tác nhân ảnh hưởng đến toàn hệ thống Tại giá trị cường độ xạ mặt trời trung bình ngày điều kiện trời nắng lên đến 1027.548 w/m2 so với 436.904 W/m2 điều kiện trời mây 106.93 w/m2 điều kiện trời mưa, sự chênh lệch khác biệt gữa trời nắng điều kiện thực nghiệm lại cho thấy điều kiện lý tưởng độ ẩm khơng khí cao, tính ổn định q trình vận hành ln điều cần ý Hệ thống cần thay đổi vài điểm để ứng dụng vào đời sống ngày 5.2 Kiến nghị Vấn đề nghiên cứu phát triển hệ thống tạo nước nhà khoa học, kỹ thuật giới quan tâm Trong đó, nâng cao lượng nước ngưng tụ đờng nghĩa với việc nâng cao hệ số làm lạnh hệ thống… Nhóm kiến nghị nên nghiên cứu với nhiều hệ thống khác dãy công suất lớn hơn, sử dụng nhiều chip Peltier Đối với mơ hình thí nghiệm để hồn thiện nhóm kiến nghị nên lắp đặt thêm lưu trữ điện để tạo dòng xả cường độ dòng điện ổn định, sử dụng vào thời điểm có độ ẩm cao thiếu xạ mặt trời, đồng thời nâng cao việc giải nhiệt cho mặt nóng chip peltier, bề mặt pin mặt trời để hệ thống đạt hiệu suất cao 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Báo cáo nghiên cứu khoa học (2013 – 2014), Thiết kế - chế tạo hệ thống tối ưu hóa hiệu suất Pin mặt trời, GVHD: TS Đặng Thái Việt [2] Bùi Hải, Trần Thế Sơn (1993), Kỹ thuật nhiệt, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Hồng Đình Tín, Cơ sở truyền nhiệt thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật [4] GS Lê Chí Hiệp, PGS.TS Hồng Đình Tín (2011), Nhiệt động lực học kỹ thuật, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hờ Chí Minh [5] PGS TS Bùi Hải (2017), Thiết bị trao đổi nhiệt (Lý thuyết – Tính tốn thiết kế), Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [6] PGS TS Đặng Thành Trung (2014), COMSOL – Nền tảng ứng dụng mô phỏng số, Nhà Xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hờ Chí Minh [7] PGS.TS Nguyễn Đức Lợi (2013), Bài tập tính tốn kỹ thuật lạnh (cơ sở ứng dụng), Nhà Xuất Bách Khoa – Hà Nội [8] PGS TSKH Trần Văn Phú (2002), Giáo trình tính toán thiết kế hệ thống sấy, Nhà Xuất Giáo dục [9] PGS TS Trương Nam Hưng, PGS TS Bùi Hải, TS Dương Trung Kiên, Thiết bị trao đổi nhiệt (lý thuyết - tính tốn thiết kế), Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật [10] PGS TS Võ Chí Chính (2005), Giáo trình điều hịa khơng khí, Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [11] Tăng Huệ Hưng, Nguyễn Văn Hiếu (2016), tính tốn chế tạo hệ thống tracking lượng mặt trời thụ động ứng dụng thiết kế cho mơ hình nhà máy điện mặt trời, Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQG TP.HCM [12] TS Lê Xuân Hòa (2007), Giáo trình kỹ thuật lạnh, Nhà Xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hờ Chí Minh 77 [13] Abhay Bendekar, Rohan Gupta, Ajay Gupta, Jogesh Gupta, Uday Mahadik (2016) 144-148, Water through air using Peltier elements, International Journal of Science Technology & Engineering volume [14] A.H Shourideh, W Bou Ajram, J Al Lami, S Haggag, A Mansouri (2018), A Comprehensive Study of an Atmospheric Water Generator using Peltier Effect, Thermal Science and Engineering Progress [15] Cyrus Shafai (1998), fabrication of a micro-peltier devlce, University of Alberta [16] Glen E Myers (1989), Engineering thermodynamics [17] Ismaila B Tijani, Ahmad A.A Al Hamadi, Khaled A.S.S Al Naqbi, Rashed I.M Almarzooqi, Noura K.S.R Al Rahbi (2018), Development of an Automatic Solar-Powered Domestic Water Cooling System with Multi-Stage Peltier Devices, Renewable energy [18] KlausJäger, OlindoIsabella, ArnoH M Smets, RenéA C M M vanSwaaij MiroZeman (2014), SolarEnergy (Fundamentals, Technology, and Systems), Delft University of Technology [19] Martin Jaegle (2008), MultiphysicsSimulation of Thermoelectric Systems, Freiburg – Germany [20] Metin Kesler, Akif Karafil, et al… (2015), Calculation of Optimum Fixed Tilt Angle of PV Panels Depending on Solar Angles and Comparison of the Results with Experimental Study Conducted in Summer in Bilecik, Turkey, International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO), At Bursa [21] Miguel A Ramírez, Bs, Eduardo E Castillo, PhD (2015), Thermoelectric Simulation Using Comsol Multiphysics and Analysis of Contact Resistances Effects, Santo Domingo, Dominican Republic [22] Prof Abhay Bendekar (2016), Water Through Air using Peltier Elements, IJSTE International Journal of Science Technology & Engineering [23] Robert A Taylor, Gary Solbrekken, Thesis Supervisor (2005), Comprehensive Optimization for Thermoelectric Refrigeration Devices, University of Missouri – Columbia 78 [24] Roger W Pryor (2012), Multiphysics Modeling using comsol 4, Mercury Learning and information [25] R Karvinen, H Karema, P Siiskonen (1990), Treatment of moisture condensation on fins, Wärme - Und Stoffübertragung 25 [26] Seteris A Kalogirou (2002), Solar energy engineering: processes and systems [27] Solar power product catalogue 2015 [28] S Jain, P.K Bansal (2007), Performance analysis of liquid desiccant dehumidification systems, International Journal of Refrigeration 30 [29] Thermoelectric Coolers FAQ, Copyright TEC Microsystems GmbH Images contain hidden watermark [30] Tellurex Corporation (2010), Frequently Asked Questions About Our Cooling and Heating Technology, 1462 International Drive Traverse City [31] V P Joshi, V S Joshi, H A Kothari, M D Mahajan, M B Chaudhari, K D ant (2017) 161-166, Experimental investigations on a portable fresh water generator using a thermoelectric cooler, Energy Procedia 109 [32] V V NashchoKin (1960), Engineering thermodynamics and heat transfer, Mir Publishers, Leningrad [33] Yukalovich, M.P., Novikov, N I (1972), Engineering thermodynamics, Energy Publishers, Moscow [34] W Pirompugd, S Wongwises (2013), Partially wet fin efficiency for the longitudinal fins of rectangular, triangular, concave parabolic, and convex parabolic profiles, Journal of the Franklin Institute 350 [35] Y Yao, Y Sun, D Sun, C Sang, M Sun, L Shen, H Chen (2017), Optimization design and experimental study of thermoelectric dehumidifier, Applied Thermal Engineering 123 [36] Metin Kesler, Akif Karafil, et al… (2015), Calculation of Optimum Fixed Tilt Angle of PV Panels Depending on Solar Angles and Comparison of the Results with Experimental Study Conducted in Summer in Bilecik, Turkey 79 [37] Jayesh S Barad (2017), Calculation methodology and development of solar power generating system for household appliantes, IJNRD [38] Catalog Peltier 12715 [39] Catalog Solar Cell Mono 110W [40] http://solarhouse.com.vn/ [41] https://www.centsys.com.au [42] https://www.nextbigfuture.com/page/4 [43] https://www.eia.gov/todayinenergy/ 80 S K L 0 ... từ khơng khí ng̀n điện sử dụng trực tiếp từ Pin mặt trời Do đó, đề tài “Chế tạo mơ hình thu nước từ khơng khí ứng dụng làm mát nhiệt điện, sử dụng nguồn trực tiếp từ pin mặt trời? ?? thực sự... tận, sử dụng nguồn nhiệt từ lượng để ứng dụng vào sinh hoạt công nghiệp Bộ tách nước từ không khí dùng pin mặt trời mơṭ hệ thống sử dụng điện từ lượng mặt trời hiệu mà không cần dùng điện. .. hệ thống ngưng tụ nước từ khơng khí, sử dụng hiệu ứng Peltier làm mát nhiệt điện [14] Thông qua nghiên cứu này, người ta làm mát nhiệt điện bắt đầu ngưng tụ nước bề mặt vách trạng thái ngưng giọt