Nghiên cứu công nghệ trữ nhiệt từ năng lượng mặt trời để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯƠNG THẾ PHÚC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRỮ NHIỆT TỪ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ CẤP NHIỆT CHO MÁY LẠNH HẤP THỤ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT Mã số: 60.52.80 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2015 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THÀNH VĂN Phản biện 1: PGS TS Trần Văn Vang Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Bốn Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 20 tháng năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm thơng tin học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngành kỹ thuật lạnh nước ta phát triển mạnh mẽ năm vừa qua, ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực điều hịa khơng khí, chế biến bảo quản thủy sản, sản xuất công nghiệp… Các thiết bị nhiệt lạnh thiết bị tiêu thụ lượng lớn, mà chủ yếu lượng điện Tuy nhiên, nguồn lượng truyền thống (than, dầu, khí ) để sản xuất điện ngày cạn kiệt Vì việc nghiên cứu, ứng dụng nguồn lượng khác (năng lượng mặt trời ) áp dụng cho thiết bị Nhiệt lạnh (công nghệ Lạnh, ĐHKK ) điều thiết thực Cho đến máy lạnh có máy nén chiếm lĩnh gần toàn thị trường làm lạnh Bên cạnh ưu điểm phủ nhận máy lạnh có máy nén cịn tồn khuyết điểm mà chưa thể khắc phục Làm lạnh máy lạnh hấp thụ có ưu điểm vượt trội vận hành nhiệt sử dụng chất làm việc thân thiện với môi trường Ngày nay, bên cạnh nguồn lượng lượng gió, địa nhiệt lượng mặt trời khai thác ứng dụng nhiều nhiều lĩnh vực Một ứng dụng cụ thể hiệu sử dụng thu lượng mặt trời để gia nhiệt nước nóng cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ Tuy nhiên thay đổi xạ mặt trời ban ngày ban đêm nên thiếu hụt nguồn nhiệt cho nhu cầu sử dụng suốt thời gian ban đêm tránh khỏi Hệ thống tích trữ lượng nhiệt có thuận lợi như: dung lượng tích trữ nhiệt cao, khả tích trữ nhiệt nhiệt độ cao, chất trữ nhiệt dễ tìm kiếm Vì lý nêu chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ trữ nhiệt từ lượng mặt trời để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ ” với xu phát triển thời đại Nhằm góp phần vào xu hướng chung giới Việt Nam nói riêng việc tiết kiệm lượng Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ trữ nhiệt để thiết kế mơ hình thiết bị trữ nhiệt có cơng suất nhiệt đủ cung cấp nhiệt chạy máy lạnh hấp thụ để điều hịa khơng khí Nội dung nghiên cứu - Giới thiệu phương pháp tích trữ nhiệt sử dụng giới Qua so sánh lựa chọn sơ đồ tích trữ nhiệt ứng dụng máy lạnh hấp thụ - Tính tốn lý thuyết q trình tích trữ nhiệt cơng suất hệ trữ nhiệt - Đánh giá kinh tế kỹ thuật việc ứng dụng cơng nghệ tích trữ nhiệt - Rút nhận xét, kết luận Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa - Nghiên cứu phương pháp tính tốn chế tạo hệ tích trữ nhiệt - Nghiên cứu q trình tích trữ nhiệt - Từ kết tính tốn so sánh, luận văn đưa kết luận triển vọng việc chế tạo sử dụng rộng rãi hệ tích trữ nhiệt dùng cho máy lạnh hấp thụ Việt Nam * Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài - Từ kết q trình tích trữ nhiệt, ta có sở để tính tốn thiết kế hệ tích trữ nhiệt - Từng bước đưa vào sử dụng lượng mặt trời để điều hịa khơng khí nhằm giảm bớt điện tiêu thụ hệ thống lạnh, nước ta nước nhiệt đới nên hệ thống có triển vọng Bố cục đề tài Ngoài phần mở đầu, mục lục, luận văn chia thành chương sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Nghiên cứu, lựa chọn công nghệ trữ nhiệt lượng mặt trời cho máy lạnh hấp thụ Chương 3: Nghiên cứu, tính tốn lý thuyết hệ thống trữ nhiệt lượng mặt trời cho máy lạnh hấp thụ Chương 4: Nghiên cứu thiết kế mơ hình trữ nhiệt lượng mặt trời cấp nhiệt máy lạnh hấp thụ Chương 5: Đánh giá hiệu kinh tế, kỹ thuật thiết bị CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.2 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.2.1 Giới thiệu mặt trời 1.2.2 Các phản ứng hạt nhân mặt trời 1.2.3 Cân nhiệt cho vật thu xạ mặt trời 1.2.4 Hiệu ứng lồng kính 1.2.5 Ưu nhược điểm lượng mặt trời 1.3 ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HIỆN NAY TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.3.1 Thiết bị đun nước nóng NLMT 1.3.2 Thiết bị sấy khô sử dụng NLMT 1.3.3 Bếp nấu dùng NLMT 1.3.4 Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT 1.3.5 Động Stirling sử dụng NLMT 1.3.6 Pin Mặt trời 1.3.7 Nhà máy nhiệt điện sử dụng NLMT 1.3.8 Thiết bị làm lạnh điều hịa khơng khí sử dụng NLMT 1.4 TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ 1.4.1 Sơ đồ nguyên lý 1.4.2 Ưu điểm 1.4.3 Nhược điểm Kết luận: Yêu cầu cấp nhiệt cho bình sinh máy lạnh hấp thụ nguồn nhiệt có nhiệt độ từ 800C - 1500C Đây phạm vi nhiệt độ thu lượng mặt trời cung cấp đủ cơng suất u cầu Nên dùng thu có gương phản xạ thu xạ mặt trời để trữ cấp nhiệt cho bình sinh máy lạnh hấp thụ 1.5 TỔNG QUAN VỀ BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.5.1 Các đặc trưng thu dùng gương phản xạ 1.5.2 Gương phẳng 1.5.3 Gương nón a Gương nón cụt b Gương nón Gương nón dùng để phản xạ lên mặt thu hình ống trụ đặt trục nón Tùy theo góc đỉnh nón nhỏ hơn, lớn 450, chiều cao H ống thu xạ hình trụ nhỏ hơn, lớn chiều cao h nón, mơ tả hình 1.22: r h R H g < g < p/4 r H=h R g g = p /4 r R H h p/4 < g < p/2 Hình 1.22 Gương nón với mặt thu hình ống trụ Kết luận: Trong ba loại gương nón gương nón vng (g = 45 ) gương phản xạ có hệ số tập trung k cao thứ hai (kn >kv >kt) Nhưng so với gương nón nhọn gương nón tù gương nón vng có ưu điểm sau: Kết cấu chắn, xác, dễ quay, dễ điều chỉnh, dễ cố định trụ ống trục nón, tiêu tốn vật liệu hơn, sai số quay cho phép lớn Nên ba loại gương nón gương nón vng (g = 450) phù hợp để làm gương phản xạ cho thu trữ nhiệt lượng mặt trời 1.5.4 Gương Parabol a Gương parabol tròn xoay b Gương parabol trụ 1.6 TỔNG QUAN VỀ TRỮ NHIỆT 1.6.1 Trữ nhiệt hệ thống tuần hoàn tự nhiên (hiệu ứng siphon nhiệt) 1.6.2 Trữ nhiệt hệ thống tuần hoàn cưỡng 1.6.3 Trữ nhiệt hệ có hai chất lỏng bình chứa có trao đổi nhiệt 1.6.4 Tích trữ nhiệt chất cảm nhiệt 1.6.5 Trữ nhiệt dạng nhiệt ẩn nóng chảy 1.7 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC CHƯƠNG NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ TRỮ NHIỆT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO MÁY LẠNH HẤP THỤ Chương nhằm nghiên cứu, phân tích lựa chọn cơng nghệ trữ nhiệt, chất trữ nhiệt, thu lượng mặt trời đề xuất sơ đồ nguyên lý hệ thống trữ nhiệt mặt trời dùng gương nón cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ 2.1 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRỮ NHIỆT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO MÁY LẠNH HẤP THỤ Ø Trữ nhiệt dạng nhiệt Ø Trữ nhiệt dạng nhiệt ẩn Kết luận: Từ đánh giá trên, ta chọn công nghệ trữ nhiệt cho máy lạnh hấp thụ trữ nhiệt dạng nhiệt ẩn 2.2 LỰA CHỌN CHẤT CHUYỂN PHA 2.2.1 Định nghĩa, đặc điểm, yêu cầu 2.2.2 Phân loại PCM 2.2.3 Lựa chọn môi chất trữ nhiệt Qua việc phân tích đặc tính mơi chất nóng chảy trên, tác giả chọn môi chất Erythritol làm môi chất trữ nhiệt vì: - Khả ứng dụng phạm vi nhiệt độ lớn (nhiệt độ nóng chảy cao 1180C, phù hợp cấp nhiệt cho bình sinh máy lạnh hấp thụ) - Khả tương thích với vật liệu xây dựng thơng thường - Tính chất hố học ổn định - Nhiệt nóng chảy cao - An tồn không phản ứng - Khả tái sử dụng Bảng 2.8 Thơng số vật lý Erythritol Đặc tính vật lý Ký hiệu Giá trị Đơn vị Điểm nóng chảy tc 118 Nhiệt dung riêng Cp 1,38 kJ/kgK Khối lượng riêng thể rắn rr 1480 kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt l 0,733 W/mK Nhiệt chuyển pha (nóng chảy r 339,8 kJ/kg C đông đặc) 2.3 LỰA CHỌN BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Yêu cầu thu lượng mặt trời để đáp ứng yêu cầu làm thu trữ nhiệt để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ: + Dễ chế tạo + Độ tập trung K cao + Khả điều chỉnh gương hướng phía mặt trời + Khả tạo nhiệt độ cao (>=1180C) + Thích hợp cho trữ nhiệt 2.3.1 Lựa chọn gương phản xạ thu Kết luận: Từ đánh giá trên, ta thấy gương nón có góc đỉnh γ = 450 đáp ứng yêu cầu để làm gương phản xạ cho thu tích trữ lượng mặt trời (các yêu cầu nêu trên) Nên ta chọn gương nón vuông (γ = 450) gương phản xạ cho thu tích trữ lượng mặt trời cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ 2.3.2 Cấu tạo thu lượng mặt trời kiểu gương nón Gương phản xạ nón Ống kính thủy tinh Ống đựng chất nóng chảy trữ nhiệt Ống dẫn nước Ống lồng dẫn nước vào Van cổng điều chỉnh lượng nước khỏi thu Van cổng điều chỉnh lượng nước vào thu Ống nối mềm Hình 2.2 Cấu tạo thơng số đặc trưng thu 2.4 ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NHIỆT 2.4.1 Giới thiệu nhu cầu cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ 2.4.2 Đề xuất sơ đồ, nguyên lý làm việc mô tả q trình 10 b Mơ tả ngun lý hoạt động 3.1.2 Mơ tả q trình thu trữ cấp nhiệt thiết bị Hình 3.2 Đồ thị t(t) mơi chất nóng chảy 3.2 TÍNH TỐN Q TRÌNH CẤP NHIỆT CHO MƠI CHẤT NĨNG CHẢY 3.2.1 Phát biểu tốn tính thơng số q trình Cho thiết bị thu xạ mặt trời (BXMT) trữ cấp nhiệt có kết cấu hình 3.1 với chi tiết đặc trưng thơng số sau: Gương nón có kích thước : bán kính đường trịn đáy r, chiều cao nón h, h=r) độ phản xạ R, ln quay để trục nón song song tia nắng Ống lồng dẫn nước vào cấp nhiệt, có thơng số là: d1 ,h, d1 ,l1 ,C1 d2 ,h, d2 ,l2 ,C2 Ống đựng mơi chất có thơng số: d3 ,h, d3 ,l3 ,C3; bề mặt ngồi có độ đen e Mơi chất nóng chảy đựng đầy ống mơi chất, có thơng số: r, C, l, tc, rc Khe khơng khí có d4/d3, lk coi suốt Dk = Lồng kính có thơng số: d4 , h, d4, l4 ,D Mặt ngồi ống kính tỏa nhiệt phức hợp khơng khí nhiệt độ tf với cường độ a = ađl + abx tính cụ thể theo số liệu thực tế Thiết bị khởi động lúc mặt trời mọc , coi lúc t = 0, với cường độ BXMT tới F E(t) = Ensinwt, với w = 2p/tn [1/s] 11 En = 365 å Ei 365 Cần tìm hàm nhiệt độ t(t, thơng số cho) mơi chất tính thời gian đặc trưng cho q trình, theo tất thơng số cho nói 3.2.2 Các giả thiết tính tốn thiết bị thu trữ nhiệt mặt trời 3.2.3 Tính tốn q trình gia nhiệt mơi chất rắn a Xác định hàm t(t) gia nhiệt môi chất rắn Trong q trình gia nhiệt nóng chảy mơi chất, ta không cho nước vào ống lồng coi khơng khí ống lồng có khối lượng khơng đáng kể Khi đó, phương trình cân nhiệt cho hệ ng mụi cht thi gian dt ẻ [tát+dt] nhiệt độ hệ tăng khoảng tương ứng [t¸t+dt] là: Nhiệt xạ mặt trời ống hấp thụ = Nhiệt đun nóng mơi chất + Nhiệt đun nóng ống lồng + Nhiệt truyền mơi trường khơng khí eDFEnsin(wt)dt = rVCdt +åmiCidt + t -t f Rl H dt Với: ì p F = (p r2 - d42 )R ï ï ï p 2 ïV = (d3 - (d2 + 2d2 ) )H í ïåmC i i = mC 1 + m2C2 ++mC 3 = rp d1d1rC1 + r2p d2d2rC2 + r3p d3d3rC3 ,[J / K] ï d - 2d4 d4 ï Rl = ln ln ,[mK / W] + + ï pl d pl d pa d + 2 d d4 k 3 4 ỵ (3-1) 12 D Nếu đặt T(t) = t(t) – tf, gọi độ gia nhiệt, phương trình có dạng: eDFEnsin(wt)dt = (rVC +åmiCi)dT + T H Rl (3-2) dt Dạng tắc phương trình vi phân là: H / Rl e DFEn dT +T = sin(wt ) dt rVC + å mi Ci rVC + å mi Ci D D (3-3) D Nếu đặt W =H/Rl, [W/K]; z =rVC +åmiCi , [J/K]; P =eDFEn D D , [W]; b =W/z , [1/s] a =P/z, [K/s] hệ phương trình vi phân để xác định t(t) có dạng: T '(t ) + bT (t ) = a sin(wt ) ì (T ) í û âáöu T(t = 0) = t f - t f = ỵĐÂiãưu kiãn Giải hệ phương trình vi phân (T) thu nghiệm: T (t ) = é ù w e-bt ê ú sin( wt artg ) + 2 b b + (w / b) êë + (b / w ) úû a (3-4) Số hạng sau tổng nhỏ giảm nhanh thời gian t tăng, nên t > 1h bỏ qua b Xác định thời điểm tC1 môi chất đạt tc D Giải phương trình T(t)=t(t) – tf = tc- tf =Tc b + (w / b) w hay: sin(wt - artg ) = Tc b a nghiệm khoảng thời gian ngy t ẻ(0 tn) l: s thu c 13 ì t é T b2 + w ù w ï t C1 = n ê artg + ar sin C ú 2p êë b a ïï úû í ï tn é TC b2 + w ù w sin t p = + artg ar ê ú ï C3 2p êë b a úû ỵï (3-5) tC1 thời điểm mơi chất đạt nhiệt độ nóng chảy tc tC3 thời điểm hệ môi chất ảo không nóng chảy hạ nhiệt độ đến tc, thực tế ta khơng cần quan tâm đến thời điểm c Tính tốn q trình nóng chảy mơi chất Khi núng chy, thi gian t ẻ[tc1 tc2], môi chất nhận nhiệt đẳng nhiệt tc = const để chuyển pha từ rắn sang lỏng Khi đó, có dU = dtåmiCi = phương trình cân nhit cho h thi gian dt ẻ[t t+ dt], khối lượng mơi chất nóng chảy thêm lượng dm là: Nhiệt hệ nhận từ xạ mặt trời dt = Nhiệt nóng chảy lượng dm kg + Nhiệt truyền khơng khí Mơ tả toán học điều là: eDFEnsin(wt)dt = rcdm + tc - t f H dt Rl (3-6) Quan hệ khối lượng mơi chất m thời điểm nóng chảy hồn tồn tc2 tìm cách tích phân phương trình cân nhiệt nói sau: m tc t c1 c ò dm = Suy ra: ò r [ P sin(wt ) - Tc H ]dt Rl 14 m= TH P [cos(wt c1 ) - cos(wt c )] + c (t c1 -t c ) rcw rc Rl (3-7) Theo công thức này, chọn trước tc2 < tn/2 tính khối lượng mơi chất nạp m Ngược lại, chọn trước m xác định tc2 nghiệm phương trình: cos(wt c ) = [cos(wt c1 ) + Tc H w mwrc Tc H w t c1 + ]t c2 Rl P P Rl P (3-8) Nếu đặt wtc2 = X phương trình phương trình siêu việt có dạng: cosX = A – BX Có thể xác định tc2 Ỵ[tc1 ¸ tn/2] hay X < p theo phương trình cosX = A – BX phương pháp lặp với sai số nhỏ tùy ý, chẳng hạn với ex = - ( A - BX ) £ 0,1% [3] cos X 3.3 TÍNH TỐN Q TRÌNH TRỮ NHIỆT & CÁCH NHIỆT 3.3.1 Chỉ tiêu cách nhiệt ống mơi chất [3] 3.3.2 Tính hệ số tỏa nhiệt từ ống d3 mơi trường khơng khí 3.3.3 Tính nhiệt trở Rl ống cần thiết để bảo quản 3.3.4 Tính dc 3.3.5 Thiết kế cách nhiệt vỏ bao dc 3.4 TÍNH TỐN Q TRÌNH CẤP NHIỆT CHO NƯỚC 3.4.1 Tính hệ số a từ mặt ống d2 đến nước 3.4.2 Tính q trình cấp nước nóng 15 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH TRỮ NHIỆT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CẤP NHIỆT MÁY LẠNH HẤP THỤ 4.1 TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ 4.1.1 Tính tốn kích thước thu Bán kính cần thiết đường trịn đáy modun là: r= F 3, 05 = = 0, 99m p p Theo mục b, 1.5.2 chiều cao ống trụ: H = r = m 4.1.2 Tính tốn kích thước ống chứa mơi chất trữ nhiệt Đường kính ống chứa mơi chất là: d3 = r = = 0, m k 4.1.3 Tính tốn kích thước ống cấp nước d2 Giải phương trình 4-7 phương pháp lặp ta d2 = 120mm 4.1.4 Tính tốn kích thước ống cấp nước d1 Kích thước ống d1 xác định theo công thức 4-9 Vậy kích thước ống d1=0,1 m Bảng 4.2 Các thơng số kết cấu modun trữ nhiệt lượng mặt trời Tên Gương nón Ống nước Vật liệu Thơng số Bán kính đáy Cao Hệ số phản xạ Đồng Đường kính Inox Kí hiệu r H R d1 ĐVT Trị số m m 1 0,94 0,1 m 16 vào Dày Khối lượng riêng Nhiệt dung riêng Hệ số dẫn nhiệt Ống nước Ống chứa môi chất Ống lồng kính Mơi chất nóng chảy Đồng Đường kính Dày Đồng Đường kính Dày Độ đen = hệ số hấp thụ Thủy Đường kính ngồi tinh Dày Hệ số dẫn nhiệt Độ Độ đen Erythri tol C4H10 O4 Môi trường xung quanh Nắng Khối lượng riêng Nhiệt dung riêng Hệ số dẫn nhiệt Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt nóng chảy Khơng Nhiệt độ khí Hệ số dẫn nhiệt Tốc độ gió trung bình Cường độ xạ cực đại trung bình năm Đà Nẵng d1 r1 C1 l1 d2 d2 d3 d3 e d4 d4 l4 D e r C l tc rc tf lk w En m kg/m3 J/kgK W/mK 0,001 8920 380 390 m m m m 0,12 0,001 0,2 0,001 0,95 0,21 0,0015 0,74 0,93 0,07 m m W/mK kg/m3 J/kgK W/mK C J/kg C W/mK m/s 1480 1380 0,733 118 339800 30 0,027 940 W/m2 4.2 TÍNH TỐN THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ 4.2.1 Tính hệ số tỏa nhiệt phức hợp từ ống kính mơi trường khơng khí Theo cơng thức 4-10: a = ađl + abx = 16,43 W/m2K 4.2.2 Tổng hợp kết tính tốn thông số kỹ thuật thiết bị 17 Bảng 4.3 Tổng hợp kết tính tốn thơng số kỹ thuật thiết bị TT Tên thông số Diện tích sau phản xạ Cơng thức tính Số liệu Kết 2,92 m2 p F = (p r - d 42 ) R p (p 12 - 0, 212 )0,94 Khối lượng ống d1 Khối lượng ống d2 m1 = r1pd1d1H 8920.3,14.0,1.0,001.1 2,8 kg m2 = r2pd2d2H 8920.3,14.0,12.0,001.1 3,36 kg Khối lượng ống d3 Nhiệt dung ống đồng m3 = r3pd3d3H 8920.3,14.0,2.0,001.1 5,6 kg Thể tích ống mơi chất V= å mi p [d3 - (d2 + 2d2 )2 ].H Khối lượng MC m = r.V Nhiệt dung hệ C = mC + C0 Nhiệt trở từ môi chất đến Rl = ln d - 2d + MT, qua 1m ống 2pl k d + 2d d4 + ln 2pl4 d3 + 2d3 pd4a 10 Công suất hấp thụ max 11 Đương lượng nước P = e.D.F.En W = H / Rl 380.( 2,8+3,36+5,6) 4472 J/K p [0, 22 - (0,12 + 2.0, 001) ].1 0,02 m3 1480.0,02 29,6 kg 29,6.1380+4472 0, 21 - 2.0, 0015 ln 2p 0, 027 0, + 2.0, 001 + 45320 J/K 0,24 mK/W 1 0, 21 ln 2p 0,74 0, + 2.0,001 + p 0, 21.16, 423 0,95.0.93.2,92.940 1/0,24 2426 W 4,09 W/K 17 C0 = C1 18 Tốc độ góc biểu kiến w = 2p / tn mặt trời 13 Tốc độ gia nhiệt max a=P/C 14 Tần số dao động nhiệt b = W / C 2π/(24.3600) 12 Dt max LT 15 16 0, 0535 (b + w ) (9.10-5 ) + (7, 27.10-5 )2 ) tm = tf + Tm t C1 = tn w [ artg 2p b + ar sin 18 a TC b + w ] a Lúc môi chất hạ nhiệt độ t tC3 = n [p đến tc 2p - ar sin + artg TC b + w ] a 30+392 492 0C 24 72 [ artg 2p 90 3,32 h + ar sin w b 88 (9.10 -5 ) + (7, 27.10 -5 ) ] 0, 0535 24 72 [ p + artg 2p 90 - ar sin 18 17 Nhiệt độ môi chất max LT Lúc môi chất đạt tc Tm = 2426/45320 4,09/45320 7,272.10-5 rad/s 0,0535 K/s 9.10-5 s-1 462 0C 88 (9.10 -5 ) + (7, 27.10 -5 ) ] 0, 0535 13,61 h 19 4.2.3 Tính tc2 chọn trước mơi chất nạp [3] Theo tính tốn mục 4.2.2, lượng mơi chất nạp đầy thể tích ống mơi chất có khối lượng M = 29,6 kg Ta chọn lượng mơi chất nạp là:m=29 kg Giải phương trình 3-8 ta có thời gian để nóng chảy hết m = 29 kg tc2 = 24X/2p = 24 2,55/2p = 9,74 h, tức lúc 15h44 ph 4.2.4 Tính tốn trình trữ nhiệt cách nhiệt a Chỉ tiêu cách nhiệt ống môi chất - Khối lượng mơi chất nóng chảy cần bảo quản m = 29 kg có tđầu = tc = 118 0C - Thời gian bảo quản không tải Δt = (tsd - tC2) = 24 – 9,74 = 14,26 h - Chỉ tiêu bảo quản: Đến cuối lúc bảo quản, lúc tn lượng mơi chất lỏng ống cịn lại km Chọn trước k = 0,5 b Tính hệ số tỏa nhiệt từ ống d3 môi trường Hệ số tỏa nhiệt phức hợp môi trường là: a = ađl + abx = 14,99 W/m2K c Tính Rl Rl = (tc - t f ) H Dt km.rc = 0,92 mK/W d Tính dc: Xác định dc theo Bảng 4.5: Ta chọn dc= 0,23m e Thiết kế cách nhiệt vỏ bao dc Theo bảng 4.4 ta thấy dc=0,23> d4=0,21 nên ta làm vỏ ống cách nhiệt có kích thước dc=0,23 m 4.2.5 Tính tốn q trình cấp nhiệt a Tính hệ số a từ mặt ống d2 đến nước Theo bảng 4.1 ta có hệ số tỏa nhiệt α=5903 W/m2K b Tính q trình cấp nước nóng 20 4.3 TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TỐN Bảng 4.6 Tổng hợp kết tính tốn mơdun trữ nhiệt lượng mặt trời cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ S Tên TT Số thu Gương nón Inox Ống nước Đồng vào Ống nước Đồng Ống chứa Đồng môi chất Ống lồng n Bộ 20 Bán kính đáy r m Cao H m Đường kính d1 m 0,1 Dày d1 m 0,001 Đường kính d2 m 0,12 Dày d2 m 0,001 Đường kính d3 m 0,2 Dày d3 m 0,001 d4 m 0,21 d4 m 0,0015 m kg 34 Dt max LT Tm C 462 0C Nhiệt độ môi chất max tm C 492 0C h 3,32 h Dày Môi chất Erythritol Khối lượng mơi chất nóng chảy C4H10O4 thu chứa hiệu LT Lúc môi chất đạt tc 10 tc1 (09h19) Thời gian để nóng chảy 11 12 Trị số Thơng số Thủy tinh Đường kính ngồi kính Kí ĐVT Vật liệu tc2 h hết môi chất Vỏ cách nhiệt Inox Đường kính vỏ 9,74 h, (15h44) dc m 0,23 21 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ Trong chương tác giả tính tốn giá thành đầu tư hệ thống trữ nhiệt so sánh hiệu hệ thống trữ nhiệt phương pháp nhiệt ẩn hệ thống trữ nhiệt phương pháp nhiệt 5.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRỮ NHIỆT BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT ẨN 5.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRỮ NHIỆT BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT HIỆN 5.3 TÍNH KINH TẾ Bảng 5.4 Giá trị đầu tư để chế tạo thiết bị trữ nhiệt nhiệt ẩn dùng mơi chất nóng chảy Erythritol STT Tên vật tư Đơn Khối Đơn giá Thành tiền vị lượng (VNĐ) (VNĐ) Inox làm nón Kg 39.51 110000 4,345,822 Ống đồng Kg 11.77 130000 1,530,056 Môi chất Kg 29.00 150000 4,350,000 Vật liệu khung đở Kg 56.19 13000 730,522 Vật tư phụ Lô 1,000,000 Giá trị 01 Tổng giá trị 11,956,400 20.00 11,956,400 239,128,008 22 Bảng 5.5 Giá trị đầu tư để chế tạo thiết bị trữ nhiệt nhiệt dùng dầu: Dầu Truyền Nhiệt- Shell Thermia B STT Tên vật tư Đơn Khối Đơn giá Thành tiền vị lượng (VNĐ) (VNĐ) Inox làm nón Kg 39.51 110,000 4,345,822 Dầu mơi chất Kg 40.00 82,000 3,280,000 Ống đồng Mét 30.00 33,000 990,000 Inox làm thiết bị trữ Kg 16.00 110,000 1,760,000 Khung đở Kg 70.00 13,000 910,000 Vật liệu cách nhiệt 1,200,000 Vật tư phụ 1,000,000 Giá trị 01 Tổng giá trị 13,485,822 20 13,485,822 269,716,446 5.4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ 5.4.1 Đánh giá hiệu kỹ thuật Theo [7] để cung cấp nước nóng cấp nhiệt cho bình sinh máy lạnh hấp thụ có cơng suất làm lạnh 9000 BTU/h cần phải cấp nước nóng nhiệt độ 900C cơng suất nhiệt 4,56 kW lượng nước nóng lớn tương đương với diện tích thu nắng thiết bị vào cỡ khoảng 61 m2 Qua trình tính tốn chứng minh q trình thu trữ lượng mặt trời phục vụ cho công tác cấp nước nóng chạy máy lạnh hấp thụ việc làm hữu ích, cần phải nghiên cứu chuyên sâu để phục vụ đời sống xã hội 5.4.2 Ưu, nhược điểm thiết bị a Ưu điểm - Trao đổi nhiệt biến đổi pha tốt trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng 23 - Mặt chiếm chỗ b Nhược điểm - Q trình hóa rắn mơi chất cản trở trình truyền nhiệt 5.5 KẾT QUẢ LUẬN VĂN Sau hồn thành q trình nghiên cứu, luận văn đạt số kết sau: * Thiết bị trữ nhiệt mặt trời nhiệt độ cao để cấp nước nóng 90 C liên tục cho máy lanh hấp thụ * Có thể cấp đến tận nơi cho nhu cầu tiêu thụ, tính tiện lợi lớn * Thiết bị trữ nhiệt sử dụng môi chất chuyển pha, có nhiệt độ nóng chảy nhiệt ẩn nóng chảy cao, khơng độc hại Do đề tài cho phép triển khai hệ thống thu trữ cấp nhiệt mặt trời cho nhu cầu dân dụng, dịch vụ có khả ứng dụng đại trà * Đề tài có tổng quan tốt tình hình ứng dụng trình thu lượng mặt trời tích trữ nhiệt với mơi chất Erythritol, bảo quản tốt nguồn nhiệt tích trữ sau thời gian định Giới thiệu số ứng dụng khác phục vụ đời sống người dân * Phân tích tính tốn q trình thu trữ nhiệt mặt trời để gia nhiệt Erythritol, qua tính tốn q trình trữ nhiệt khơng tải tính cách nhiệt tối ưu cho thiết bị * Bằng sở lý thuyết, tác giả tính tốn mơ hình thiết bị thu trữ lượng mặt trời để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ công suất 9000 Btu/h * Đề tài đánh giá mặt kinh tế, kỹ thuật, tác động môi trường, khả ứng dụng hiệu xã hội Việt Nam 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN * Tính thực tế đề tài cao, mơ hình thiết bị sử dụng rộng rãi đời sống nước ta Góp phần giải phần tình hình thiếu hụt lượng ngày trầm trọng, sách ưu tiên khai thác nguồn lượng tái tạo, phát triển môi trường bền vững * Ưu điểm lớn thiết bị so với số hệ thống dùng lượng mặt trời khác nghiên cứu là: - Nhiệt độ nóng chảy nhiệt ẩn nóng chảy chất trữ nhiệt cao (1180C) nên phạm vi ứng dụng hệ thống trữ nhiệt lớn, dùng cho nhiều mục đích khác - Nhiều kích cỡ: đáp ứng nhu cầu đa dạng di chuyển thiết bị dễ dàng, sử dụng cho nơi xa xơi hẻo lánh; - Vận hành đơn giản, tốn HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Vì điều kiện thời gian kiến thức nghiên cứu hạn chế nên luận văn dừng lại việc giải thích chế, khảo sát trình thu trữ cấp nhiệt cách nhiệt cho thiết bị trữ nhiệt mặt trời đánh giá hiệu Trong thời gian tới, có điều kiện, tác giả xin tiếp tục: * Nghiên cứu nâng cao hiệu thiết bị nhằm đáp ứng nhu cầu làm lạnh lượng mặt trời * Nghiên cứu mở rộng đề tài theo hướng rộng hơn, ứng dụng vào kỹ thuật làm lạnh hấp thụ lượng mặt trời * Chế tạo mơ hình thực nghiệm số liệu tính tốn chương để kiểm nghiệm so sánh kết với phần lý thuyết ... Chương 2: Nghiên cứu, lựa chọn công nghệ trữ nhiệt lượng mặt trời cho máy lạnh hấp thụ Chương 3: Nghiên cứu, tính tốn lý thuyết hệ thống trữ nhiệt lượng mặt trời cho máy lạnh hấp thụ Chương 4: Nghiên. .. HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGỒI NƯỚC CHƯƠNG NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ TRỮ NHIỆT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO MÁY LẠNH HẤP THỤ Chương nhằm nghiên cứu, phân tích lựa chọn công. .. nhiệt cho máy lạnh hấp thụ 2.1 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRỮ NHIỆT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO MÁY LẠNH HẤP THỤ Ø Trữ nhiệt dạng nhiệt Ø Trữ nhiệt dạng nhiệt ẩn Kết luận: Từ đánh giá trên, ta chọn công