Thông tin tài liệu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI QUI MÔ CÔNG NGHIỆP KIỂU BỘ THU TẤM PHẲNG MÃ SỐ: T2017 SKC006031 Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ:CKĐ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI QUI MÔ CÔNG NGHIỆP KIỂU BỘ THU TẤM PHẲNG Mã số: T2017 – 30TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Minh Nhựt Thành viên đề tài: ThS Huỳnh Thị Thu Hiền ThS Nguyễn Du TP HCM, Tháng 03, năm 2018 MỤC LỤC Trang Mục lục Danh sách hình Danh sách bảng Danh mục viết tắt Thông tin kết nghiên cứu Information on research results PHẦN 1: GIỚI THIỆU 11 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 14 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 14 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 16 1.2 Tính cấp thiết đề tài 17 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 18 1.3.1 Mục tiêu cụ thể đạt 18 1.3.2 Mục tiêu tổng quát 18 1.4 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 18 1.4.1 Cách tiếp cận 18 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 19 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 19 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 19 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 19 1.6 Nội dung nghiên cứu 19 PHẦN 2: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 21 2.1 Cơ sở lý thuyết hệ thống thí nghiệm 21 2.1.1 Mơ hình hóa tốn học hệ thống nước nóng lượng mặt trời 21 2.1.2 Thiết kế hệ thống thí nghiệm: 26 ~1~ 2.1.2.1 Mơ tả hệ thống thí nghiệm 26 2.1.2.2 Phương pháp thí nghiệm 33 2.2 Kết tính tốn thảo luận 34 PHẦN 3: KẾT LUẬN 43 3.1 Kết luận 43 3.2 Kiến nghị 44 Tài liệu tham khảo Phụ lục ~2~ DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống nước nóng lượng mặt trời thu kiểu phẳng Nhà máy gỗ Vina Eco Broad - Long An Hình 1.2: Hệ thống nước nóng lượng mặt trời thu kiểu phẳng Khách sạn Rạng Đơng Tp Hồ Chí Minh Hình 2.1: Cấu tạo mặt cắt thu phẳng dạng cánh - ống Hình 2.2: Sơ đồ lượng hữu ích Q u thu tổn thất Sp(Ep) hàm lưu lượng khối lượng Hình 2.3: Sơ đồ thuật tốn mơ xác định giá trị lưu lượng tối ưu vịng lặp hệ thống nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp với thu kiểu phẳng Hình 2.4: Hệ thống nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp với thu kiểu phẳng Hình 2.5: Bộ điều khiển hệ thống nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp với thu kiểu phẳng Hình 2.6: Máy đo lượng mặt trời Tenmars TM-207 Hình 2.7: Đầu dị nhiệt độ DS18B20 (khơng thấm nước) Hình 2.8: Đồng hồ đo lưu lượng nước nóng ASAHI GMK DN 20 Hình 2.9: Máy bơm nước Hình 2.10: Ống dẫn nước nóng hệ thống Hình 2.11: Ảnh hưởng lưu lượng qua vịng lặp thu phẳng đến lượng hữu ích Qu lượng tiêu tốn cho bơm nước cấp vịng lặp thu phẳng Ep Hình 2.12: Ảnh hưởng nhiệt độ nước ban đầu bình tích trữ đến lượng hữu ích Qu, lượng tiêu tốn bơm E p, tổn thất nhiệt Qs nhiệt độ nước bình tích trữ thời điểm cuối ngày thí nghiệm(2016) Hình 2.13: Sự tăng nhiệt độ nước bình tích trữ theo thời gian ~3~ Hình 2.14: Ảnh hưởng diện tích thu collector phẳng A c đến lượng hữu ích Qu, lượng tiêu tốn bơm vòng lặp thu E p, tổn thất nhiệt bình tích trữ Qs nhiệt độ nước cuối ngày bình tích trữ Ts Hình 2.15: Ảnh hưởng thể tích bình tích trữ V(lít) đến lượng hữu ích Q u, lượng tiêu tốn bơm vòng lặp thu E p, tổn thất nhiệt bình tích trữ Q s nhiệt độ nước cuối ngày bình tích trữ Ts ~4~ DANH SÁCH CÁC BẢNG ~5~ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT o Tco: Nhiệt độ nước đầu thu, C o Tci: Nhiệt độ nước đầu vào thu, C o TS: Nhiệt độ nước bình tích trữ, C o Ta: Nhiệt độ môi trường, C It: Bức xạ lượng awmt trời, W/m Qu: Năng lượng hữu ích thu, W Qs: Tổn thất nhiệt bình tích trữ, W ~6~ THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống cấp nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp kiểu thu phẳng - Mã số: T2017 - 30TĐ - Chủ nhiệm: TS Lê Minh Nhựt - Thành viên: ThS Huỳnh Thị Thu Hiền, ThS Nguyễn Du - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM - Thời gian thực hiện: 01/01/2017 đến 30/12/2017 Mục tiêu: * Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống cấp nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp kiểu thu phẳng chủ yếu tập trung nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm ảnh hướng lưu lượng nước vòng lặp thu phẳng, thơng số ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống Bên cạnh đó, hệ thơng cấp nước nóng lượng mặt trời qui mơ cơng nghiệp bắt đầu phát triển mạnh mẽ Việt Nam Kết nghiên cứu chuyển giao cho công ty doanh nghiệp đưa vào ứng dụng * Đặt tảng cho việc nghiên cứu lượng tạo, đặt biệt ứng dụng NLMT để cấp nước nóng Bộ mơn cơng nghệ Nhiệt-Điện lạnh, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nói riêng trường đại học khác nước nói chung * Cố gắng bắt kịp nước tiên tiến hướng nghiên cứu tương lai lĩnh vực ứng dụng NLMT cấp nước nóng theo hướng nghiên cứu Tính sáng tạo: Nghiên cứu nghiên cứu nước nghiên cứu nước Kết nghiên cứu: Đạt yêu cầu đặt Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm hệ thống cấp nước nóng lượng mặt trời qui mơ cơng nghiệp kiểu thu phẳng Mơ hình hóa cơng thức tính ~7~ thu khơng khí lượng mặt trời kiểu phẳng, lượng hữu ích thu, hệ số dịch chuyển nhiệt, cân lượng bình tích trữ nước nóng hệ thống tổn thất nhiệt nó, phương trình tính nhiệt độ nước bổ sung, hàm mục tiêu liên quan lượng hữu ích lượng tiêu tốn cho bơm tuần hồn vịng lặp thu v.v Trong nghiên này, chương trình Matlab phát triển dựa phương cơng thức mơ hình tốn học hệ thống nước nóng lượng mặt trời cưỡng sử dụng thu phẳng để mô nhằm xác định lượng lượng tối ưu qua vòng lặp thu xác định ảnh hưởng diện tích thu, thể tích bình tích trữ đến lượng hữu ích thu điện tiêu thụ cho bơm nước cấp vịng lặp thu khơng khí lượng mặt trời Tính tốn, thiết kế lắp đặt hệ thống nước nóng lượng mặt trời cưỡng sử dụng thu phẳng với 04 thu phẳng có diện tích 8m , thể tích bình chứa 300 lít điều khiển kèm lắp đặt trường ĐH Sư Phạm Tp.HCM để thí nghiệm xác định giá trị lưu lượng nước tối ưu qua vòng lặp thu collector phẳng thông số liên quan khác Kết tính tốn mơ lý thuyết thực thí nghiệm dựa liên quan lượng hữu ích điện tiêu tốn cho bơm vòng lặp cho thấy giá trị tối ưu lưu lượng nước qua vòng lặp thu collector phẳng 0.132(kg/s) Bên cạnh đó, ảnh hưởng diện tích collector, thể tích bình chứa, nhiệt độ nước bình tích trữ ban đầu tổn thất nhiệt bình chứa đề cập Sản phẩm: 01 báo đăng tạp chí Quốc tế American Journal of Engineering and Technology Management (04/2018) Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Các kết nghiên cứu đăng tạp chí uy tín trích dẫn Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) (ký, họ tên) ~8~ Hình 2.12(a) trình bày kết thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ nước ban đầu đến lượng hữu ích Q u lượng tiêu tốn cho bơm E p, thí nghiệm o o này, nhiệt độ nước ban đầu Tsi dao động khoảng từ 25 C đến 55 C hai Qu Ep đề giảm, điều giải thích tăng T si dẫn đến độ chênh lệch nhiệt độ nuwocs tuần hoàn qua thu nhiệt dộ bề mặt thu giảm xuống, đồng thời nhiệt độ bình tích trữ tăng lên dẫn đến thời gian hoạt động bơm ngắng Hình 2.12(b) trình bày kết thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ nước ban đầu đến tổn thất nhiệt bình tích trữ mơt trường Q s nhiệt độ nước bình tích trữ cuối ngày Ts Khi nhiệt độ nước ban đầu tăng lên tổn thất Qs tăng lên độ chênh lệch nhiệt độ bình tích trữ Ts nhiệt độ mơi trường Ta lớn, cịn T s tăng chậm lại, cần tăng hệ số sử dụng ban ngày(tải nước nóng) để tăng lượng nhiệt hữu ích Qu nhận từ thu ~37~ Ts(oC) Hình 2.13 Sự tăng nhiệt độ nước bình tích trữ theo thời gian Hình 2.13 trình bày kết tăng nhiệt độ nước bình tích trữ T s ngày nắng, kết cho thấy nhiệt độ bình tích trữ tăng nhanh liên tục từ nhiệt độ ban đầu 30 oC lúc 7h30 sáng tăng liên tục 14h đạt nhiệt độ 63 oC sau gần không đổi, điều xạ lượng mặt trời tăng liên tục đạt cao khoảng 12h30 đến 14h, nhiên sau xạ giảm gần, độ chênh lệch nhiệt độ đầu thu phẳng nhiệt độ đáy bình tích trữ nhỏ giá trị cài đặt nên bơm vòng lặp thu hoạt động Kết mơ cho o thấy nhiệt độ Ts lý thuyết thực nghiệm sai lệch khoảng C, điều cho thấy kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm hồn tồn tin cậy ~38~ Qu(kWh) Ts( o C) (b) Hình 2.14 Ảnh hưởng diện tích thu collector phẳng A c đến lượng hữu ích Qu, lượng tiêu tốn bơm vòng lặp thu E p, tổn thất nhiệt bình tích trữ Qs nhiệt độ nước cuối ngày bình tích trữ Ts ~39~ Hình 2.14(a) trình bày kết mơ ảnh hưởng diện tích thu collector phẳng Ac đến lượng hữu ích Q u lượng tiêu tốn bơm E p, diện tích thu tăng từ 4-12 m , ta thấy Qu tăng từ 10.05 (kWh) đến 21.7 (kWh) Ep tăng từ 1.5(Wh) đến 3(Wh) Điều tăng diện tích A c dẫn đến nhiệt độ đầu thu Tco tăng nhanh, độ chênh nhiệt độ Tco Ts lớn, nên Qu Ep tăng nhanh Trong Hình 2.14(b) trình bày trình bày kết mơ ảnh diện tích thu collector phẳng A c đến tổn thất nhiệt bình tích trữ Q s nhiệt độ cuối ngày nước bình tích trữ Ts, kết cho thấy diện tích diện tích thu tăng từ 4-12 m Qs tăng nhanh sư tăng độ chênh lệch nhiệt độ mơi trường nhiệt độ nước bình tích trữ ~40~ Ts( o C) Qu(kWh) Hình 2.15 Ảnh hưởng thể tích bình tích trữ V(lít) đến lượng hữu ích Q u, lượng tiêu tốn bơm vòng lặp thu E p, tổn thất nhiệt bình tích trữ Q s nhiệt độ nước cuối ngày bình tích trữ Ts ~41~ Hình 2.15(a) trình bày kết mô ảnh hưởng thể tích bình tích trữ đến lượng hữu ích Qu lượng tiêu tốn bơm E p, thể tích bình tích trữ tăng từ 100-500 (lít), ta thấy Qu Ep tăng nhanh, điều giải thích tăng thể tích độ chênh lệch nhiệt độ đầu thu T co nhiệt độ nước bình tích trữ Ts giảm chậm bơm hoạt động, thời gian hoạt động bơm dài Hình 2.15(b) cho thấy tăng thể tích nhiệt độ nước cuối ngày T s giảm tổn thất nhiệt Qs giảm độ chênh lệch nhiệt độ nước bình tích trữ nhiệt độ môi trường giảm ~42~ PHẦN 3: KẾT LUẬN 3.1 Kết luận * Trong nghiên cứu này, mơ hình tốn học hệ thống nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp kiểu thu phẳng thực để phục vụ cho việc tính tốn mơ thiết kế hệ thống nhằm xác định lưu lượng tối ưu nhằm nâng cao hiệu suất * Một chương trình mơ Matlab phát triển dựa mơ hình tốn học đề cập phía nhằm xác định giá trị lưu lượng tối ưu qua vòng lặp, nhiệt độ nước bình tích trữ để xác định kiểm tra độ xác so với thực nghiệm, bên cạnh dùng để mơ ảnh diện tích thu thể tích bình tích trữ đến lượng hữu ích Qu, lương tiêu tốn cho bơm vòng lặp E p, tổn thất nhiệt Qs nhiệt độ nước bình tích trữ Ts * Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành cơng hệ thống nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp kiểu thu phẳng lắp đặt trường ĐHSP Kỹ Thuật Tp.HCM để phục vụ cho việc thực nghiệm * Kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy lưu lượng tối ưu qua vòng lặp thu phẳng xác định 7.92(l/p) Kết mơn có độ sai lệch nhỏ so với thực nghiệm, điều cho thấy kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm hệ thống nước nóng lượng mặt trời qui mơ cơng nghiệp kiểu thu phẳng hoàn toàn đáng tin cậy * Bên cạnh ảnh hưởng diện tích thu lượng mặt trời kiểu phẳng thể tích bình tích trữ, nhiệt độ nước ban đầu ngày thí nghiệm đến lượng hữu ích Qu, lương tiêu tốn cho bơm vòng lặp Ep, tổn thất nhiệt Qs nhiệt độ nước bình tích trữ Ts phân tích đánh giá * Qua nghiên cứu cho thấy, để nâng cao hiệu suất hệ thống, cần tăng tải nước nóng vào ban ngày ~ 43 ~ 3.2 Kiến nghị * Kết nghiên cứu cần triển khai ứng dụng cho công ty thiết kế, chế tạo thi cơng lắp đặt hệ thống nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp kiểu thu phẳng nhằm nâng cao hiệu sử dụng lượng giảm chi phí đầu tư ban đầu * Triển khai ứng dụng vào công tác đào tạo sinh viên ngành Công Nghệ Nhiệt ~43~ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kroll, J.A., Ziegler, F The use of Ground Heat Storages and Evacuated Tube Solar Collectors for Meeting the Anunual Heating Demand of Family-Sized Houses Elsevier, Solar Energy 85, 2611–2621, 2011 [2] 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 [3] Furbo, S., Shah, L.J., Optimum Solar Collector Fluid Flow Rates Proceedings of Eurosun Department of Buildings and Energy, p 996, 1996 [4] Sweet, M.L., Mcleskey Jr, J.T Numerical Simulation of Underground Seasonal Solar Thermal Energy Storage (sstes) For a Single Family Dwelling Using Trnsys [5] Kulkarni, G.N., Kedare, S.B., et al Optimization of Solar Water Heating Systems Through Water Replenishment Elsevier, Energy Conversion and Management 50, 837– 846, 2009 [6] Zelzouli, K., Guizani, A., et al Solar Thermal Systems Performances Versus Flat Plate Solar Collectors Connected in Series Engineering, 4, 881-893, 2012 [7] Kavarik, M., Lesse, F Optimal Control of Flow in Temperature Solar Heat Collectors Solar Energy, Vol 18, pp 431- 435, pegamon press, 1976 [8] Winn, C.B., Hull lll, D.E., Optimal Controllers of the Second Kind Solar Energy 23, 529–534, 1979 [9] Dorato, P., Jamshidi, M., Some Comments on Optimal Collection of Solar Energy [10] Beckman, W.A., Thornton, J., et al., Control Problems in Solar Domestic Hot Water Systems Solar Energy 53, 233–236, 1994 [11] Dorato, P Optimal Temperature Control of Solar Energy Systems Solar Enegry, Vol 30, No 2, pp 147-152, 1983 F [12] Saltiel, C., Sokolov, M Optimal Control of a Multicomponent Solar Collector System Solar Energy, Vol 34, No 6, pp 463-473, 1985 [13] Badescu, V Optimal Control of Flow in Solar Collector Systems With Fully Mixed Water Storage Tanks Elsevier, Energy Conversion and Management 49, 169–184, 2008 ~ 43 ~ [14] 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 Elsevier, Solar Energy 86, 983–993, 2012 [15] Nhut, L.M., Park, Y.C A Simulation Model For Predicting The Performance of Solar Domestic Hot Water System Advanced Materials Research 512-515, 230-233, 2012 [16] 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 [17] Park, Y.C., Nhut, L.M Performance Prediction of a Solar Hot Water System with Change of Circulating Pump Efficiency in Solar Collectors International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREQ’13), Bilbao (Spain), March 20-22, 2013 [18] Park, Y.C., Nhut, L.M A Solar Heat Pump System Workshop on Enhancement of Practical Applicability of Solar Energy Utilization (Recent Trends in Research Development, Jeju Island, January 09, 2014 [19] Duffie, J.A., Beckman, W.A Solar Engineering Of Thermal Processes New York, John Wiley & Sons, 2013 [20] Reindl, D., Experimental Verification of a Solar Hot Water Heating System with a Spiral-Jacketed Storage Tank, Journal of Mechanical Science and Technology 22, 2228~2235, 2008 [21] Luis A., Bujedo, L.A., et al Experimental Results of Different Control Strategies in a Solar Air-Conditioning System at Part Load Elsevier, Solar Energy 85, 1302–1315, 2011 ~43~ ... thiết Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống cấp nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp kiểu thu phẳng nhằm nâng cao hiệu suất hệ thống cấp nước nóng lượng mặt trời điều cần thiết cấp bách Nghiên. .. Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hệ thống cấp nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp kiểu thu phẳng ~13~ 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Về nghiên cứu nghiên. .. đồ thu? ??t tốn mơ xác định giá trị lưu lượng tối ưu vịng lặp hệ thống nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp với thu kiểu phẳng Hình 2.4: Hệ thống nước nóng lượng mặt trời qui mô công nghiệp
Ngày đăng: 28/12/2021, 20:54
Xem thêm:
