Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả cấp nhiệt bằng ống nhiệt mặt trời cho máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr loại Single Effect ở miền Nam Việt Nam
Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO ĐạI HọC Đà NẵNG o0o hong an quốc NGHIÊN CứU NÂNG CAO HIệU QUả cấp nhiệt bằng ống nhiệt mặt trời cho máy lạnh hấp thụ H 2 O- LiBr loại single effect ở miền nam việt nam Chuyên ngành: Công nghệ và Thiết bị lạnh Mã số: 62.52.80.05 Tóm tắt Luận án tiến sĩ kỹ thuật Ngời hớng dẫn khoa học 1. PSG.TS. lê chí hiệp 2. pgs.TS. Hoàng dơng hùng đà nẵng - 2009 Công trình đợc hoàn thành tại: đại học đà nẵng Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. lê chí hiệp PGS.TS. Hoàng Dơng Hùng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ đợc bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp nhà nớc họp tại: đại học đà nẵng Vào hồi giờ ngày tháng năm 2009 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Th viện Quốc gia Hà Nội - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Danh mục các công trình của tác giả (Đã đợc công bố liên quan đến đề tài luận án) 1- Hoàng An Quốc, Lê Chí Hiệp (2004), Xây dựng phần mềm tính toán máy lạnh hấp thụ H 2 O-LiBr, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Nhiệt, tháng 11-2004, tr. 84 ữ 2- Hoàng An Quốc, Lê Chí Hiệp, Hoàng Dơng Hùng (2006), Khảo sát sự ảnh hởng của các thông số vận hành đến hệ số hiệu quả của máy lạnh hấp thụ H 2 O-LiBr tác dụng kép, Tạp chí Khoa học và Công nghệ các trờng đại học kỹ thuật, số 56- 2006, tr. 4037 ữ 3- Hoàng An Quốc, Lê Chí Hiệp, Hoàng Dơng Hùng (2006), Đánh giá khả năng sử dụng năng lợng mặt trời để đáp ứng nhu cầu điều hoà không khí tại các tỉnh phía nam, Tuyển tập các bài báo khoa học, ĐHBK Hà Nội, tháng 10-2006. 4- Hoàng An Quốc, Lê Chí Hiệp, Hoàng Dơng Hùng (2007), Chế tạo và thử nghiệm ống nhiệt mặt trời loại chân không trong điều kiện Việt Nam, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Nhiệt, tháng 3-2007, tr. 118 ữ 5- Lê Chí Hiệp, Hoàng An Quốc (2006), Nghiên cứu khả năng ứng dụng năng lợng mặt trời để đáp ứng các nhu cầu về điều hoà không khí (giai đoạn 1), Đề tài NCKH cấp bộ. 6- Le Chi Hiep, Hoang An Quoc, Hoang Duong Hung (2007), Experimental studies of solar heat pipe used to operate absorption chiller in conditions of Viet Nam, ISES Solar World Congress 2007, International Solar Energy Society, Beijing, China, September 18-21, 2007. 1 Mở ĐầU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nhu cầu làm lạnh và điều hoà không khí (ĐHKK) ngày càng tăng ở các nớc nhiệt đới nh Việt Nam. Trong khi các nguồn năng lợng truyền thống ngày càng khan hiếm và đắt đỏ, thì nghiên cứu nâng cao hiệu quả cấp nhiệt bằng ống nhiệt mặt trời cho máy lạnh hấp thụ H 2 O-LiBr loại Single Effect ở miền nam Việt Nam là rất cấp thiết. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo bộ thu năng lợng mặt trời (NLMT) kiểu ống nhiệt có hiệu suất đủ cao, nhiệt độ làm việc đáp ứng yêu cầu vận hành của máy lạnh hấp thụ (MLHT) H 2 O-LiBr loại tác dụng đơn (Single Effect) dùng trong lĩnh vực ĐHKK, phù hợp với công nghệ chế tạo ở trong nớc và có giá thành hợp lý. - Xác định sơ đồ cấp nhiệt hợp lý của hệ thống ĐHKK bằng NLMT có kết hợp với các nguồn năng lợng hỗ trợ và có phơng án phụ cấp nớc nóng sinh hoạt, nhằm đảm bảo vận hành ổn định và nâng cao hiệu quả toàn bộ của hệ thống. - Xác định tỷ số QF / (Diện tích bộ thu năng lợng mặt trời/công suất lạnh) hợp lý của hệ thống trong điều kiện khí hậu của các tỉnh ở miền nam Việt Nam. - Đánh giá hệ số sử dụng năng lợng hỗ trợ kết hợp với NLMT FNP (Fraction Nonpurchared) hợp lý để hệ thống có thể vận hành ổn định và hiệu quả. 3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu Đối tợng nghiên cứu của luận án là các loại bộ thu NLMT kiểu ống nhiệt gồm 2 loại chính: bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng và bộ thu kiểu ống nhiệt ống chân không. 2 4. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Góp phần xây dựng mô hình tính toán truyền nhiệt trong bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng và kiểu ống nhiệt chân không. - Xây dựng đợc phần mềm tính toán các thông số đặc trng của các bộ thu kiểu ống nhiệt. - Chế tạo đợc các loại bộ thu kiểu ống nhiệt có hiệu suất cao, có thể cấp nhiệt cho MLHT cũng nh nớc nóng sinh hoạt với công nghệ và giá thành phù hợp với điều kiện Việt Nam. - Xây dựng phơng pháp đánh giá tính hiệu quả của các bộ thu. 5. Bố cục luận án Luận án đợc trình bày trong 126 trang bao gồm phần mở đầu, kết luận - kiến nghị, tài liệu tham khảo và 5 chơng chi tiết. CHƯƠNG I. Tổng quan 1.1 Tổng quan điều hoà không khí bằng NLMT ĐHKK bng NLMT ti rt hp dn cho các nhà nghiên cứu v h thng nhit mt tri. Nguyên nhân do có s ng bin gia nhu cu s dng lnh v cng bc x mt tri [9],[36]. Hình 1.1: Sơ đồ các công nghệ ĐHKK bằng NLMT Sử dụng NLMT để ĐHKK đang đợc ứng dụng hiện nay phần lớn là loại MLHT H 2 O-LiBr loại tác dụng đơn (Single Effect). Loại Điều hoà không khí Chu trình hút ẩm Bộ thu Nhiệt M ặt t r ờ i Chu trình E j ecto r Chu trình Rankine Chu trình MLH T 3 máy lạnh này làm việc với nguồn nhiệt từ 75 0 C đến 110 0 C [9]. Do đó, chọn bộ thu nào để có thể cấp nhiệt cho MLHT với nhiệt độ yêu cầu từ 75 0 C trở lên và có hiệu suất đủ cao là vấn đề mà các nhà nghiên cứu đang quan tâm. Sơ đồ nguyên lý làm việc của MLHT H 2 O-LiBr cấp nhiệt bằng nguồn NLMT đợc trình bày trên hình 1.2. Hình 1.2: Sơ đồ MLHT dùng NLMT [43] Để đánh giá hiệu quả của hệ thống ĐHKK bằng NLMT Fléchon, Lazzarin [64] đề nghị sử dụng tỷ lệ nhiệt của hệ thống STR . (1.1) Đối với những hệ thống làm lạnh bằng NLMT có thiết bị gia nhiệt hỗ trợ. Khi đánh giá hiệu quả thờng dùng hệ số FNP [62]. (1.2) Hệ số FNP càng lớn chứng tỏ rằng hệ thống càng hiệu quả. 1.1.1 Các công trình nghiên cứu liên quan ở nớc ngoài Bảng 1.1 tóm tắt các kết quả nghiên cứu về hệ thống ĐHKK bằng NLMT ở trên thế giới. %1001%100%100 ì =ì =ì = load aux load auxload load solar FNP Q Q Q QQ Q Q sc g g ee STR COP FE Q Q Q FE Q ì=ì== 4 Bảng 1.1: Các kết quả nghiên cứu về ĐHKK bằng NLMT Stt Loại bộ thu tấm phẳng SC [%] FNP [%] STR [%] 1 1 lớp kính của Sheridan 32 - 10,8 2 2 lớp kính của Nakahara 29-30 82 14,5-16,5 3 1 lớp kính của Van Hatten 15-28 74 9,7-18,2 4 1 lớp kính của Izquierdo 20-25 50-100 10-12,5 5 1 lớp kính của Yeng 10 55 5,2 6 2,3 lớp kính của Oonk 22-25 54-63,5 - Phân bổ chi phí của hệ thống ĐHKK bằng năng lợng mặt trời đợc mô tả trên (hình 1.3). Hình 1.3: Phân bổ chi phí trong hệ thống ĐHKK bằng NLMT Hình 1.3 cho thấy rằng, chi phí đầu t các bộ thu là lớn nhất chiếm 39%. Vì vậy, nghiên cứu chế tạo những bộ thu có hiệu suất cao, giá thành rẻ là một trong những hớng nghiên cứu. 1.1.2 Các công trình nghiên cứu liên quan ở trong nớc 1.2 Tổng quan về bộ thu NLMT kiểu ống nhiệt 1.3 Nhiệm vụ và phơng pháp nghiên cứu 1.4 Tổng quan về năng lợng mặt trời 1.5 Tổng quan về ống nhiệt trọng trờng 5 Chơng 2. TíNH TOáN Bộ THU kiểu ống nhiệt Trong luận án này sẽ nghiên cứu hai loại bộ thu (i) bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng và (ii) bộ thu ống nhiệt ống chân không. 2.1 Bộ thu NLMT kiểu ống nhiệt tấm phẳng 2.1.1 Cấu tạo của bộ thu ống nhiệt tấm phẳng Hình 2.1: Bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng 2.1.2 Các giả thiết khi nghiên cứu 2.1.3 Phơng trình cân bằng năng lợng Gọi p L , là chiều rộng và chiều dày của cánh hấp thụ, hp d là đờng kính của ống nhiệt, p T là nhiệt độ của cánh hấp thụ nh trên hình 2.2. Hình 2.2: Nguyên lý cấu tạo Hình 2.3: Cân bằng NL trên cánh Viết phơng trình cân bằng năng lợng cho một phần tử của cánh có chiều rộng dx và chiều dài 1 đơn vị theo hớng chuyển động của dòng hơi môi chất trong ống nhiệt (hình 2.3b) ta có: () 0. = + dx dx dT T dx d dx dT TTdxKdxS att 6 ( ) [ ] aptthp TTKSd Ngoài lợng nhiệt dẫn từ tấm vào ống còn phải tính đến lợng nhiệt truyền qua chính bề mặt vùng ống có nhiệt độ không đổi : q ống = (2.11) Vậy lợng nhiệt hữu ích tổng cộng sẽ là: (2.12) 2.1.4 Hiệu suất của bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng Hiệu suất của bộ thu đợc tính theo công thức sau (2.26) 2.1.5 Xác định các đại lợng 2.1.6 Tính chọn kích thớc của bộ thu 2.2 Bộ thu kiểu ống nhiệt ống chân không 2.2.1 Cấu tạo của bộ thu Hình2.6: Bộ thu kiểu ống nhiệt ống chân không có gơng phản xạ 2.2.2 Phơng trình cân bằng năng lợng Phơng trình cân bằng năng lợng của ống nhiệt ống chân không cụ thể đợc viết dới dạng sau. [34] (2.29) Năng lợng hiệu ích của một ống nhiệt đợc tính theo công thức. [34] (2.30) 2.2.3 Hiệu suất của bộ thu ống nhiệt ống chân không ( ) ( ) = E TT K DA K F F ai tt ttR hi [ ] ( ) [ ] aptthpfpehi TTKSdLLQ + = .2 p T () ( ) ( ) C lv E av c R TT R TT EFDA + = ( ) C lv hi R TT Q = 7 Hiệu suất tức thời của bộ thu đợc tính theo công thức (2.36) (2.36) 2.2.4 Xác định các đại lợng 2.2.5 Tính chọn kích thớc của bộ thu 2.3 Lập chơng trình tính toán 2.3.1 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 2.3.2 Xây dựng lu đồ thuật toán 2.3.3 Xây dựng chơng trình Hình2.10: ống nhiệt tấm phẳng Hình2.11: ống nhiệt ống chân không 2.3.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Hình2.12: So sánh bằng phần mềm. Hình2.13: So sánh với KIER () ( ) == EFR TT DA EF Q ctet ai R ct hi . [...]... xạ mặt trời trung bình thờng xuất hiện ở miền nam Việt Nam (700-900 W/m2) thì cứ 1 m2 bộ thu ống nhiệt ống chân không có thể cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ có công suất từ 0,24 đến 0,4 kW và từ 0,1 đến 0,2 kW đối với bộ thu ống nhiệt tấm phẳng 5 Nếu sử dụng bộ thu ống nhiệt tấm phẳng để cấp nhiệt ở nhiệt độ tối thiểu (750C) cho máy lạnh hấp thụ thì cần bổ sung năng lợng (điện năng) cho hệ thống là... Các kết quả thí nghiệm cho chúng ta thấy rằng tỷ số nạp môi chất của ống nhiệt có ảnh hởng đến nhiệt độ và chế độ làm việc của 11 ống nhiệt Để cho ống nhiệt hoạt động tốt tức là thời gian khởi động nhanh và nhiệt độ tại các điểm trên bề mặt phần ngng của ống nhiệt có sự ổn định ở dải nhiệt độ cao thì nên chọn tỷ số nạp bằng 30% Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong [22],[33] 3.2 Nghiên cứu thực... đợc chọn để tiếp tục nghiên cứu các phơng án cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr trên cơ sở có kết hợp với các nguồn năng lợng hỗ trợ khác Chơng 4 NGHIÊN CứU MÔ PHỏNG Hệ THốNG ĐHKK BằNG NĂNG Lợng mặt trời 4.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng 4.1.1 Chơng trình xác định diện tích của bộ thu NLMT 4.1.2 Chơng trình xác định công suất lạnh của hệ thống 4.2 Các kết quả tính toán trên máy tính 4.2.1 Khảo sát... do bộ thu ống nhiệt phải sử dụng ống đồng có giá thành cao hơn và công nghệ chế tạo có kỹ thuật cao) Với bộ thu loại này có thể cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ nhng thời gian khởi động máy lạnh thì phải sau 11:30 tuỳ theo cờng độ nắng của từng ngày Từ các phân tích ở trên, có thể xác định trong tơng lai gần bộ 19 thu loại 2-B thích hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam hơn Chính vì vậy, bộ thu loại 2-B... án Luận án đã nghiên cứu đợc loại bộ thu ống nhiệt ống chân không có hiệu suất cao và nhiệt độ cao có thể cấp nhiệt cho MLHT H2O-LiBr Để đa loại bộ thu này vào thơng mại hoá, đòi hỏi phải đầu t một dây chuyền công nghệ hiện đại sản xuất ống thuỷ tinh đờng kính lớn, công nghệ hàn kín giữa thuỷ tinh và ống đồng để duy trì độ chân không trong ống ống thuỷ tinh Một trong những hớng nghiên cứu nữa của luận... đối lu ở phần sôi của ống nhiệt giảm rất đáng kể Tổn thất nhiệt toàn phần của loại bộ thu ống nhiệt ống chân không là K tt = 8W / m 2 K còn tổn thất nhiệt toàn phần của bộ thu tấm phẳng có giá trị là Ktt = 11,2 W / m2 K - So sánh hiệu suất của bộ thu ống nhiệt ống chân không từ phần mềm tính toán với hiệu suất bộ thu ống nhiệt ống chân không của Viện nghiên cứu năng lợng Hàn Quốc (hình 2.13) cho thấy,... Không Có Không 30% 30% 12 - Loại 1-A: Bộ thu kiểu ống nhiệt ống thuỷ tinh có hút chân không có cánh hấp thụ dạng phẳng, có gơng phản xạ; -Loại 1-B: Bộ thu kiểu ống nhiệt ống thuỷ tinh có hút chân không có cánh hấp thụ dạng cong, có gơng phản xạ; - Loại 1-C: Bộ thu kiểu ống nhiệt có ống thuỷ tính không hút chân không, có gơng phản xạ; - Loại 2-A: Bộ thu kiểu ống nhiệt có ống thuỷ tinh không hút chân... thị hình ở 2.12 ta thấy, khi sử dụng ở vùng có nhiệt độ làm việc càng cao, tức là ở vùng có giá trị (T T ) i a E càng lớn, thì bộ thu kiểu ống nhiệt ống chân không càng có hiệu suất cao hơn so với hiệu suất của bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng, điều này hoàn toàn phù hợp với phân tích lý thuyết ở trên - Trong bộ thu kiểu ống nhiệt ống chân không, do tác động của vùng chân không cho nên tổn thất nhiệt. .. cứu bớc đầu rất triển vọng của việc triển khai ứng dụng thiết bị sử dụng năng lợng mặt trời vào thực tế cho mục đích cấp nhiệt và chạy máy hấp thụ H2O-LiBr trong các hệ thống điều hoà không khí Nếu đợc tiếp tục đầu t cho việc nghiên cứu chúng tôi tin tởng rằng kết quả nghiên cứu này sẽ phát huy tác dụng và đem lại hiệu quả thiết thực ... nớc đến hiệu suất bộ thu ống nhiệt a Mô tả thí nghiệm b Kết quả thí nghiệm 3.4 So sánh hiệu suất của các bộ thu bằng thực nghiệm và bằng tính toán lý thuyết 3.4.1 So sánh hiệu suất bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng Từ những kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm ở trên, đã so sánh hiệu suất của bộ thu ống nhiệt tấm phẳng nh trên hình 3.24 17 Hình 3.24: So sánh hiệu suất bộ thu kiểu ống nhiệt tấm . quốc NGHIÊN CứU NÂNG CAO HIệU QUả cấp nhiệt bằng ống nhiệt mặt trời cho máy lạnh hấp thụ H 2 O- LiBr loại single effect ở miền nam việt nam Chuyên ngành: Công nghệ và Thiết bị lạnh Mã. ở các nớc nhiệt đới nh Việt Nam. Trong khi các nguồn năng lợng truyền thống ngày càng khan hiếm và đắt đỏ, thì nghiên cứu nâng cao hiệu quả cấp nhiệt bằng ống nhiệt mặt trời cho máy lạnh hấp. hấp thụ H 2 O-LiBr loại Single Effect ở miền nam Việt Nam là rất cấp thiết. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo bộ thu năng lợng mặt trời (NLMT) kiểu ống nhiệt có hiệu suất đủ cao, nhiệt