Đánh giá tiềm năng sử dụng thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời cho tỉnh lâm đồng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -Ô TRẦN THANH DŨNG ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐUN NƯỚC NÓNG BẰNG NĂNG LƯNG MẶT TRỜI CHO TỈNH LÂM ĐỒNG CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ NHIỆT MÃ SỐ 60.52.80 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2006 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -Ô TRẦN THANH DŨNG ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐUN NƯỚC NÓNG BẰNG NĂNG LƯNG MẶT TRỜI CHO TỈNH LÂM ĐỒNG CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ NHIỆT MÃ SỐ 60.52.80 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2006 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN THẾ BẢO Cán chấm nhận xét Cán chấm nhận xét Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM, ngày … tháng… năm 2006 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên TRẦN THANH DŨNG Phái Nam Ngày, tháng, năm sinh 01 - 01 - 1972 Nơi sinh LONG AN Chuyên ngành Công nghệ Nhiệt Mã số 60.52.80 I TÊN ĐỀ TÀI Đánh giá tiềm sử dụng thiết bị đun nước nóng lượng mặt trời cho tỉnh Lâm Đồng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng lượng mặt trời để sản xuất nước nóng Nghiên cứu lý thuyết xây dựng chương trình tính toán mô hình tính toán cho hệ thống nước nóng sử dụng lượng mặt trời loại phẳng đối lưu tự nhiên Xây dựng chương trình tính toán Kiểm chứng kết tính toán chương trình Đánh giá khả ứng dụng hệ thống nước nóng sử dụng lượng mặt trời cho tỉnh Lâm Đồng Nhận xét kết luận III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ 03 - 07 - 2006 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ 03 - 12 - 2006 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN THẾ BẢO VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH TS NGUYỄN THẾ BẢO PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2006 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả TRẦN THANH DŨNG LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành đến TS Nguyễn Thế Bảo, người tận tình truyền đạt kiến thức, trực tiếp hướng dẫn thực luận văn có nhiều góp ý quan trọng quý giá cho nội dung luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Công Nghệ Nhiệt thầy cô Đại Học Bách Khoa Tp HCM giảng dạy có nhiều ý kiến đóng góp cho việc hoàn thành luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn học viên Cao học ngành Công Nghệ Nhiệt K14, K15 Ban Lãnh Đạo, đồng nghiệp Trung Tâm Kiểm Định Kỹ Thuật An Toàn Khu Vực 2, đặc biệt anh Trần Hồng Hà hết lòng giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành chương trình Cao học luận văn tốt nghiệp Thành công luận văn thể biết ơn sâu sắc đến người thân thương bạn bè đồng nghiệp hỗ trợ động viên tác giả suốt thời gian thực luận văn Tác giả TRẦN THANH DŨNG TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Kết cấu luận văn gồm chương, Chương Đặt vấn đề cho luận văn từ điều kiện khách quan vấn đề nhu cầu nước nóng tiết kiệm lượng Qua cần có công cụ để phân tích đánh giá khả ứng dụng hệ thống nước nóng sử dụng lượng mặt trời Chương Trình bày tổng quan tình hình sử dụng hệ thống nước nóng sử dụng lượng mặt trời dạng collector phẳng giới Việt Nam Giới thiệu số hệ thống nước nóng sử dụng lượng mặt trời, cấu tạo sơ đồ tiêu biểu Chương Trình bày sở lý thuyết lượng mặt trời, lý thuyết collector phẳng hệ thống nước nóng sử dụng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên Giải thuật tính toán Chương Giới thiệu vị trí địa lý đặc điểm khí hậu Lâm Đồng Các số liệu thời tiết Thành Phố Đà Lạt khả ứng dụng nước nóng sử dụng lượng mặt trời Chương Kết tính toán chương trình, so sánh đánh giá chương trình với số liệu thời tiết cho Thành Phố Hồ Chí Minh Thành Phố Đà Lạt Phân tích tìm thông số tối ưu lắp đặt hệ thống nước nóng sử dụng lượng mặt trời cho Thành Phố Đà Lạt Chương Giới thiệu phương pháp phân tích, đánh giá hiệu kinh tế cho nước nóng sử dụng lượng mặt trời Đánh giá hiệu kinh tế hệ thống Thành Phố Đà Lạt Chương Trình bày kết luận đề nghị hướng phát triển, nghiên cứu luận văn MỤC LỤC Chương 1- MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Thể thức nghiên cứu 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Tham khảo tài liệu 1.6 Định nghóa thuật ngữ Chương - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG NĂNG LƯNG MẶT TRỜI DẠNG TẤM PHẲNG 2.1 Tình hình sử dụng lượng mặt trời để đun nước nóng giới 2.2 Tình hình nghiên cứu, sử dụng lượng mặt trời để đun nước nóng khả ứng dụng Việt Nam 13 2.3 Tổng quan hệ thống nước nóng mặt trời sử dụng collector phẳng đối lưu tự nhiên 19 Chương - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Năng lượng xạ mặt trời 27 3.2 Lý thuyết collector phẳng 37 Chương - ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG HỆ THỐNG NNMT TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT 4.1 Đặc điểm chung 63 4.2 Vị trí địa lý 65 4.3 Đặc điểm khí hậu 66 4.4 Tiềm sử dụng nước nóng sinh hoạt 70 Chương - KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ BÀN LUẬN 5.1 Biểu đồ nước nóng sử dụng hàng ngày 74 5.2 Thực nghiệm 77 5.3 Cơ sở liệu thời tiết sử dụng để tính toán chương trình 85 5.4 Kết chương trình so sánh kết 86 5.5 nh hưởng thông số đến hệ số hiệu hệ thống( fR) 93 5.6 Lựa chọn thông số để hệ thống có giá trị fR tối ưu cho Thành Phố Đà Lạt 99 Chương - PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KINH TẾ 6.1 Thời gian hoàn vốn 106 6.2 Kết tính toán kinh tế cho hệ thống nước nóng sử dụng lượng mặt trời cho Thành Phố Đà Lạt 110 6.3 Tính toán cho khách sạn Châu u 116 Chương - KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ Kết luận 125 Đề nghị 126 Tài liệu tham khảo 128 Phụ lục Phụ lục – Kết đo thực nghiệm 132 Phụ lục – Nhiệt độ trung bình năm 2004 xạ trung bình từ 2001-2004 Thành Phố Đà Lạt 136 Phụ lục – Nhiệt độ hàng ngày Thành Phố Hồ Chí Minh 140 Phụ lục – Code chương trình SOLHEAT 156 CÁC KÝ HIỆU α hệ số hấp thụ, hệ số toả nhiệt đối lưu β góc đặt nghiêng collector so với mặt phẳng ngang δ góc lệch mặt trời, bề dày lớp cách nhiệt φ vó độ λ hệ số dẫn nhiệt lớp cách nhiệt γ góc phương vị bề mặt khảo sát η hiệu suất nhiệt θ góc tới tia trực xạ θ θZ góc thiên đỉnh mặt trời ρ hệ số phản xạ, khối lượng riêng τ hệ số xuyên qua bầu khí tia mặt trời (τα) tích số hấp thụ-truyền qua ω, ωS góc mặt trời ε độ đen A độ cao người quan sát, diện tích Ac diện tích mặt trên(mặt đáy) collector a góc cao độ mặt trời, số nhiệt độ môi trường b bề rộng mối hàn, số thành phần trực xạ bc số thuộc bình chứa nước C tổng chi phí lắp đặt Cp nhiệt dung riêng Cb nhiệt trở mối hàn c số lạm phát, số thuộc collector D đường kính 165 a(gio)= (( Fc* Ac * Uloss + Uta *Atank+Ud*Aod)*3.600)/(( Mwc + Mwd +MwT ) * Cp_w); b(ngay,gio)=(Q_total(ngay,gio)*Arad*Fc )/(( Mwc + Mwd +MwT ) * Cp_w); Ttb(ngay,gio)= Tamp(ngay,gio) + b(ngay,gio)/a(gio) + (Tn(ngay,gio1)-Tamp(ngay,gio-1) - b(ngay,gio-1)/a(gio))*exp(-a(gio)*3600); if Ttb18) Ta=Tamp(ngay,gio); Vgio=Vwind(ngay,gio); TwL=TL(ngay,gio); mwL=ML(ngay,gio); MC(ngay,gio)=0; Tout(ngay,gio)=0; Tin(ngay,gio)=0; T1=T(ngay,gio-1); [Utotal]= Top_Loss(T1, Ta,Vgio); Utotal_all(ngay,gio)=Utotal; Uloss=Utotal; [Q_tank_loss ]=Qlosstank(T1,Ta); Q_tankloss(ngay,gio) = Q_tank_loss ; [Q_load]=QloadTL(T1,TwL,mwL); Qload(ngay,gio)= Q_load ; [Qlossco]=Qlosscol(T1,TwL,Ta,Uloss); Qlosscollector(ngay,gio)=Qlossco; 167 T(ngay,gio)=(- (Q_tankloss(ngay,gio) + Qload(ngay,gio))*3600)/(MwT*Cp_w) + T(ngay,gio-1); eta_co(ngay,gio)=0; Qu(ngay,gio)=0; Tn(ngay,gio)=T(ngay,gio); Luuluong(ngay,gio)=MC(ngay,gio)*3600; end % %them dk Qsys(ngay)=T(ngay,gio)*MwT*Cp_w/3600; else if gio==1 T(ngay,gio)=T(ngay-1,24); T1=T(ngay,gio); [Utotal]= Top_Loss(T1, Ta,Vgio); Utotal_all(ngay,gio)=Utotal; [Qlossco]=Qlosscol(T1,TwL,Ta,Uloss); Qlosscollector(ngay,gio)=Qlossco; Tn(ngay,gio)=T(ngay,gio); elseif (gio>=2 & gio 6 & gio 0); FRUl=FrUl(dk) ; sogio2(ngay)=length(FRUl); % Tinh FR trung binh Fr=FR(ngay,1:18); dk=(Fr>0); F_R=Fr(dk) ; sogio3(ngay)=length(F_R); % Tinh cac thong so lai etaco(ngay)=sum(eta_co(ngay,1:24))/sogio1(ngay); FU(ngay)=sum(FRUL(ngay,1:18))/sogio2(ngay); FRC(ngay)=sum(FR(ngay,1:18))/sogio3(ngay); Qloss_collector(ngay)=sum(Qlosscollector(ngay,1:24)); %W Qloadwater(ngay)=sum(Qload(ngay,1:24)); %W Qtankloss(ngay)=sum(Q_tankloss(ngay,1:24)); %W Quseco(ngay)=sum(Qu(ngay,1:24)); %W Qsystemloss(ngay)=Qloss_collector(ngay)+Qloadwater(ngay)+Qtankloss(ngay); Qsystem(ngay)=Quseco(ngay)+Qloss_collector(ngay)Qsystemloss(ngay)+(Qsys(ngay)); Qtotal(ngay)=sum(Q_total(ngay,1:24))*Arad*Fc; Utotalall(ngay)=sum(Utotal_all(ngay,1:24))/24; Tatb(ngay)=sum(Tamp(ngay,1:24))/24; Qngay1(ngay)=sum(Qvao1(ngay,1:24)); end 172 FR_UL=sum(FU)/365; frc=sum(FRC)/365; UL=sum(Utotalall)/365; save('database.mat', 'T','etaco','Qloss_collector','Qloadwater','Qtankloss', 'Quseco','Qsystemloss','Utotalall','Qtotal','Tatb','Qngay1'); tinh_hieu_qua.m % chuong trinh cuoi cung tinh cac thong so lai va tinh nhiet luong can cung cap them clc clear all format bank load database load datasource thang=[ 10 11 12 ]; sn(thang) =[31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31]; Tuse=45; % Nhap tu form % nhiet huu ich duoc cai dat cho he thong, C Cp_w=4186; % kiem tra nhiet so for ngay=1:365 Tmax(ngay)=max(T(ngay,1:24)); Tmin(ngay)=min(T(ngay,1:24)); end Tmmax=max(Tmax(1:ngay)); % tinh nhiet luong can bo sung % Tinh so thoi gian co he thong can phai gia nhiet T