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
.


8
2.3.5 Nhận xét
- Từ đồ 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 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 do 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
KmWK
tt
2
/8=
còn tổn thất nhiệt
toàn phần của bộ thu tấm phẳng có giá trị là
KmWK
tt
2
/2,11=
.
- 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, hai

đờng hiệu suất này có độ sai lệch là
%53
ữ
. Do công nghệ chế
tạo loại bộ thu của Viện nghiên cứu năng lợng Hàn Quốc hiện đại,
duy trì chân không tốt (áp suất tuyệt đối bằng
Pa
2
10

), hàn bằng
laser tạo khả năng truyền nhiệt tốt, vì vậy sai lệch so với lý thuyết
là khá nhỏ. Kết quả so sánh này, chứng tỏ kết quả tính toán các
thông số đặc trng của bộ thu kiểu ống nhiệt bằng phần mềm HQ-1
là có thể tin cậy đợc.

Chơng 3. Nghiên cứu thực nghiệm các bộ thu
NLMT kiểu ống nhiệt
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là tìm ra một loại bộ thu
NLMT kiểu ống nhiệt có kích thớc, lợng nạp hợp lý có hiệu suất
cao, thời gian khởi động nhanh; và phù hợp với những yêu cầu công
nghệ, giá thành hợp lý trong điều kiện Việt Nam.
(
)
E
TT
ai


9

Để có đợc những kết quả có thể tin cậy đợc, đã tiến hành rất
nhiều thí nghiệm với những phơng án khác nhau.
3.1 ảnh hởng lợng nạp đến chế độ khởi động
3.1.1 Mô tả thí ngiệm
Thí nghiệm đợc tiến hành trên 04 ống nhiệt đợc đánh số là
HP1, HP2, HP3, HP4 tơng ứng với tỷ số nạp 20%, 30%, 40%,
50%, ống nhiệt đợc đặt nghiêng một góc 30
0
so với mặt đất. Kích
thớc các ống nhiệt giống nhau, phần sôi đợc đặt trong 4 ống thuỷ
tinh có đờng kính 100mm dài 2000mm đợc hút chân không để
giảm tổn thất nhiệt do đối lu; môi chất nạp trong ống nhiệt là nớc
cất, trớc khi nạp có hút chân không. Tấm hấp thụ đợc phủ sơn
đen chọn lọc loại Thurmaxlox của Đức có hệ số hấp thụ
92,0A
.
Mỗi ống nhiệt gắn 5 cặp nhiệt kiểu K đợc đánh số thứ tự từ
TC1, TC2, TC3, TC4, và TC5 nh trên hình 3.1 (a). Kích thớc cặp
nhiệt nhỏ có đờng kính bằng
mm1,0 , dài 2000mm, phần đầu của
cặp nhiệt có chiều dài 5 mm đợc gắn lên bề mặt cần đo và dây tín
hiệu đợc kết nối vào bộ thu dữ liệu Multi Data Acquisition System
(20 kênh) của hãng KEITHLEY (Đức) để truyền dữ liệu vào máy
tính. Phần ngng đợc giải nhiệt tự nhiên với không khí xung
quanh phòng. Sơ đồ thí nghiệm đợc bố trí nh hình 3.1.

Hình 3.1: (a) Sơ đồ bố trí thiết bị đo; - (b) Sơ đồ thí nghiệm

10
3.1.2 Kết quả thí nghiệm và nhận xét
Hình 3.6 trình bày ảnh hởng nhiệt độ ở chế độ khởi động của
phần ngng ống nhiệt ứng với các tỷ số nạp bằng 20%, 30%, 40%
và 50%. Quan sát các đờng cong thấy, tỷ số nạp càng lớn thì thời
gian khởi động càng lớn, thời gian khởi động bằng 30 giây, 40
giây, 100 giây và 120 giây tơng ứng với tỷ số nạp 20%, 30%, 40%
và 50%. Hình 3.6 cho thấy tỷ số nạp tối u cho ống nhiệt là 30%,
lúc này thời gian khởi động nhanh và nhiệt độ làm việc ổn định ở
nhiệt độ cao.








Hình 3.6: Nhiệt độ khởi động khi tỷ số nạp 20%,30%, 40%, 50%
Bảng 3.5: ảnh hởng tỷ số nạp (

) đến nhiệt độ t
max
và thời gian
khởi động

[%]

[s] t
max
[
0
C]
20 30 82
30 40 91
40 100 90
50 120 88
3.1.3 Kết luận
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 nghiệm các bộ thu
3.2.1 Giới thiệu các loại bộ thu
Đã thiết kế chế tạo đợc 05 bộ thu kiểu ống nhiệt có các đặc tính
kỹ thuật đợc trình bày trong bảng 3.6.
Bảng 3.6: Đặc tính của một số loại bộ thu NLMT kiểu ống nhiệt
Loại bộ thu
Đặc tính kỹ thuật
1-A 1-B 1-C 2-A 2-B

Diện tích của bộ thu 2 (m
2
)

1,8 (m
2
)

Số ống nhiệt 6 6 6 9 9
Vật liệu làm ống nhiệt Đồng
Đờng kính phần sôi 10 (mm)
Chiều dài phần sôi 1750 (mm)
Đờng kính phần ngng 22 (mm)
Chiều dài phần ngng 100 (mm)
Hình dạng tấm hấp thụ

Phẳng

Cong

Phẳng

Tấm hấp thụ đợc sơn đen
chọn lọc loại Thurmaxlox
Đồng Đồng Đồng Đồng T.kẽm
Hệ số hấp thu A>0,92
Đờng kính ống thuỷ tinh 100 (mm) 60 Không
Chiều dài ống thuỷ tinh 2000 (mm) 1800 Không
Hệ số xuyên qua của ống D>0,90 Không
Hệ số xuyên qua của kính Không D>0,90

Hút chân không, Pa 10
3
10
3
Không
Tấm phản xạ Có Có Có Có Không
Chất lỏng làm việc nớc cất
Tỷ số nạp 30% 30% 30% 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
không đợc đặt trong hộp phẳng, có gơng phản xạ;
- Loại 2-B: Bộ thu ống nhiệt tấm phẳng, không có gơng phản xạ;
3.2.2 Mô hình thực nghiệm và đánh giá sai số
a. Mô hình xác định thông số đặc trng của bộ thu
Trong phần này chúng tôi đã xây dựng sơ đồ thí nghiệm để xác
định các thông số đặc trng bằng thực nghiệm theo tiêu chuẩn
ASHRAE 93-77 của Mỹ [71] (hình 3.8).

Hình 3.8: Thí nghiệm xác định thông số đặc trng của bộ thu
Xác định nhiệt lợng hữu ích bằng công thức Q
hi
=GC
p
(T
0
-T
i
) và
xác định hiệu suất của bộ thu bằng công thức

=Q
hi
/(E.F) và
(T
i
-T
a
)/E sau đó biểu diễn chúng trên hệ toạ độ rồi dùng phơng
pháp hồi qui tuyến tính để xác định đờng đặc tính bộ thu có dạng
=

a-b(T
i
-T
a
)/E.

13
Dụng cụ đo:
- Đo nhiệt độ: Dùng cảm biến nhiệt điện trở loại Pt100 để đo
nhiệt độ, sản xuất theo tiêu chẩn IEC751 A có độ chính xác 0,1
o
C.
- Đo lu lợng: Dùng cảm biến kiểu điện từ Model MGG 180-
015P11LS1AHA-XX-Y và bộ chuyển đổi tín hiệu Model
MGG14C-MB3A-1X1X-Y của hãng Yamatake với sai số 0.5%.
- Đo bức xạ: Dùng cảm biến của hãng CASELA có sai số 1%.
Các cảm biến này cho tín hiệu ra dạng 4-20 mA, tín hiệu về bộ
Recorder của hãng M.SYSTEM rồi chuyển vào máy tính.
b. Đánh giá sai số
Sai số của các thông số đo ảnh hởng đến độ chính xác khi tính
hiệu suất. Cần phải tính toán những sai số của mỗi dụng cụ đo, để
đánh giá độ tin cậy các kết quả thực nghiệm. Sai số ở đây chủ yếu
do dụng cụ đo và sai số ngẫu nhiên. Các sensor và bộ chuyển đổi
đã đợc kiểm định trớc khi đo. Sai số tuyệt đối của dụng cụ đo
nhiệt độ là 0,1
0
C. Vì vậy, sai số của độ chênh nhiệt độ là 0,2
0
C. Độ
chênh nhiệt độ của nớc vào ra bộ thu là:
CCCt
000
27577 ==

Đối với nớc có nhiệt độ từ 75

0
C đến 77
0
C thì nhiệt dung riêng
khoảng C
p
=4,187 kJ/kg.K. Lu lợng qua thiết bị đợc tính theo
phơng trình cân bằng nhiệt là:
Trong thí nghiệm này dùng thiết bị đo nhiệt độ là cảm biến nhiệt
điện trở có sai số 0,3
0
C do đó sai số tơng đối của nó là:


Sai số do thiết bị đo cờng độ bức xạ mặt trời khoảng 1%, sai số
tơng đối của thiết bị đo lu lợng khoảng 0,5%.
Nh vậy sai số tơng đối của hiệu suất là:

()
%79,00079,0004,000389,0
75
3,0
77
3,0
21
==+=

+=+=
ttt

()
%93,015,079,0
222
=++=
hs

tGCQ
p

=

14
3.2.3 Nghiên cứu thực nghiệm đối với bộ thu loại 1-A
a. Mô tả thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm đợc bố trí nh hình 3.10 với bộ thu năng
lợng mặt trời có ống thuỷ tinh đợc nối vào bình chứa 40 lít nớc,
nớc chảy qua bộ thu với lu lợng 3 lít/phút nhiệt độ môi trờng
thay đổi từ 30 đến 36
0
C, vận tốc gió sm /5,11
ữ
=

.

Hình 3.10: Toàn thể mô hình thí nghiệm
b. Kết quả thí nghiệm





Hình 3.12: Đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu loại 1-A
3.2.4 Nghiên cứu thực nghiệm đối với bộ thu loại 1-B
a. Mô tả thí nghiệm
b. Kết quả thí nghiệm





Hình 3.13: Đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu loại 1-B
y = -3,0594x + 0,6994
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
(Ti-Ta)/E,

K/W
Hiệu suất

.
y = -2,8393x + 0,6891
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
(Ti-Ta)/E,

K/W
Hiệu suất

.

15
3.2.5 Nghiªn cøu thùc nghiÖm ®èi víi bé thu lo¹i 1-C
a. M« t¶ thÝ nghiÖm
b. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm





H×nh 3.14 : §−êng ®Æc tÝnh hiÖu suÊt cña bé thu lo¹i 1-C
3.2.6 Nghiªn cøu thùc nghiÖm ®èi víi bé thu lo¹i 2-A
a. M« t¶ thÝ nghiÖm

b. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm





H×nh 3.18 : §−êng ®Æc tÝnh hiÖu suÊt cña bé thu lo¹i 2-A
3.2.7 Nghiªn cøu thùc nghiÖm ®èi víi bé thu lo¹i 2-B
a. M« t¶ thÝ nghiÖm
b. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm






H×nh 3.21 : §−êng ®Æc tÝnh hiÖu suÊt cña bé thu lo¹i 2-B
y = -5,021x + 0,6964
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
(Ti-Ta)/E,

K/W
HiÖu suÊt
η
.

y = -7,7442x + 0,7119
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
(Ti-Ta)/E,

K/W
HiÖu suÊt
η
.
y = -7,0187x + 0,7135
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
(Ti-Ta)/E,

K/W
HiÖu suÊt
η
.

16
Nhận xét:
- Nhìn trên hình 3.20 có thể thấy rằng nhiệt độ của bộ thu có thể

đạt đến 75
0
C lúc 11:30 AM lúc đó cờng độ bức xạ mặt trời là
880W/m
2
. Chứng tỏ thời gian khởi động của bộ thu dạng ống nhiệt
rất nhanh.
- Hình 3.21 cho thấy khi nhiệt độ nớc nóng càng cao [có nghĩa là
(T
i
-T
a
)/E càng lớn] thì hiệu suất bộ thu càng giảm, dạng đờng hiệu
suất có dạng đờng thẳng.
- Nếu sử dụng cho mục đích nớc nóng ở nhiệt độ khoảng 80
0
C thì
hiệu suất của bộ thu bằng
%3530
ữ
.
3.2.8 So sánh hiệu suất của các loại bộ thu
Hiệu suất của các bộ thu có dạng
SC

=a
1
-a
2
(T

i
-T
a
)/E
Bảng 3.15: So sánh hiệu suất của các loại bộ thu
STT Kiểu bộ thu
1
a
2
a
1 Loại 1-B 0,6891 2,8343
2 Loai 1-A 0,6994 3,0594
3 Loại 2-A 0,6964 5,021
4 Loại 1-C 0,7135 7,0187
5 Loại 2-B 0,7119 7,7442
3.3 ảnh hởng lu lợng 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 phẳng
Đồ thị hình 3.24 cho thấy sai lệch khi tính toán hiệu suất bộ thu
ống nhiệt tấm phẳng lý thuyết và thực nghiệm nh sau: Sai lệch lớn
nhất là 1,4%; sai lệch nhỏ nhất là 0,0%
3.4.2 So sánh hiệu suất bộ thu ống nhiệt ống chân không
Kết quả so sánh đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu ống nhiệt
ống chân không tính toán theo lý thuyết và thực nghiệm đợc trình
bày trên hình 3.25.







Hình 3.25: So sánh hiệu suất bộ thu ống nhiệt ống chân không
Đồ thị hình 3.25 cho thấy sai lệch giữa tính toán lý thuyết và thực
nghiệm: Sai lệch lớn nhất: 24%; sai lệch nhỏ nhất: 0,0 %.
Kết quả trên cho thấy sai lệch tăng khi (T
i
-T
a
)/E càng lớn, và sai
lệch lớn nhất khi (T
i
-T

a
)/E bằng 0,09. Sai lệch này chủ yếu là do bộ

18
thu thực tế không duy trì đợc độ chân không tốt và do có sự lý
tởng hoá các giả thiết khi thành lập mô hình tính toán.
3.4.3 Nhận xét kết quả thực nghiệm
Khi làm việc ở vùng nhiệt độ cao, hiệu suất của các bộ thu loại 1-
A và loại 1-B cao hơn so với hiệu suất của các loại 1-C, 2-A và 2-B.
Lý do là hai loại bộ thu này đợc hút chân không do đó giảm đợc
đáng kể thành phần tổn thất nhiệt do đối lu từ bề mặt hấp thụ.
Nhiệt độ nớc nóng tăng lên rất nhanh và có thể đạt đến nhiệt độ
trên 80
0
C vào lúc 11:00 tức sau khoảng 3 giờ làm việc. Do đó hai
loại bộ thu này rất phù hợp để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ H
2
O-
LiBr. Tuy nhiên, trong điều kiện thực tế hiện nay ở Việt Nam, hầu
nh không thể sản xuất các ống thuỷ tinh có đờng kính lớn và
không thể duy trì chân không trong các ống này lâu dài nếu không
có một sự đầu t tơng thích. Do vậy, trong những năm trớc mắt,
phơng án này vẫn cha thể có ý nghĩa thực tế.
Hiệu suất của bộ thu loại 1-C và loại 2-A có hiệu suất thấp hơn
loại 1-A và loại 1-B, nhng về công nghệ thì không cần duy trì
chân không do đó phù hợp với điều kiện công nghệ của Việt Nam
hiện nay. Tuy nhiên giá thành vẫn còn cao do phải nhập các ống
thuỷ tinh từ Trung Quốc.
Đối với bộ thu loại 2-B, tuy hiệu suất thấp hơn 4 loại trên
nhng về công nghệ hoàn toàn có thể chủ động sản xuất tại Việt

Nam và giá thành của loại bộ thu này cũng hợp lý (đắt hơn bộ thu
tấm phẳng 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 sẽ đợc chọn để tiếp tục nghiên cứu các
phơng án cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ H
2
O-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 sự thay đổi công suất lạnh theo ngày
4.2.2 Thay đổi công suất lạnh theo diện tích bộ thu
Trong phần này đã dùng phần mềm xác định công suất lạnh của
hệ thống khi cho diện tích của bộ thu thay đổi từ 10 đến 120m
2
và
với cờng độ bức xạ mặt trời thay đổi từ 700 đến 900W/m
2
đối với

hai loại bộ thu ống nhiệt ống chân không và ống nhiệt tấm phẳng.
Bảng 4.5: Tỷ số F/Q phụ thuộc vào cờng độ bức xạ mặt trời
F/Q [m
2
/kW]
Loại bộ thu
E=700
W/m
2

E=800
W/m
2

E=900
W/m
2

ống nhiệt ống chân không 4,2 3,6 2,5
ống nhiệt tấm phẳng 8,7 6,4 4,8
4.2.3 Khảo sát hệ số
FNP

và tỷ số sử dụng năng lợng hỗ trợ
4.2.4 Nhận xét kết quả tính toán
- Theo kết quả tính toán, để hệ thống ĐHKK bằng NLMT ở Tp.
Hồ Chí Minh vận hành ổn định, ít sử dụng năng lợng hỗ trợ thì với
100m
2
diện tích bộ thu kiểu ống nhiệt ống chân không có thể cấp

20
nhiệt cho MLHT H
2
O-LiBr có công suất 35kW. Thời gian từ 9:30
đến 13:00 có cờng độ bức xạ mặt trời lớn, do đó hệ thống cáo thể
vận hành không cần năng lợng hỗ trợ, ngoài ra có thể dùng
phơng án trữ nhiệt hoặc trữ lạnh để bổ sung cho hệ thống lúc bức
xạ mặt trời yếu (từ 13:00 đến 16:00) hoặc lúc có mây che.
- Trong phạm vi cờng độ bức xạ mặt trời từ 700
ữ
900 W/m
2
tỷ
số
QF /
đối với bộ thu NLMT kiểu ống nhiệt ống chân không thay
đổi từ 2,5
ữ4,2
kWm /
2
, còn đối với bộ thu kiểu ống nhiệt tấm
phẳng từ 4,8
ữ8,7 kWm /
2
, tức là để có 1 kW công suất lạnh diện
tích bề mặt hấp thụ của hệ thống với bộ thu ống nhiệt tấm phẳng
phải lớn hơn bộ thu ống nhiệt ống chân không từ 1,72 đến 2,07 lần,
tức xấp xỉ gần 2 lần.
- Diện tích bộ thu càng lớn thì hệ số

FNP

càng lớn, tức yêu cầu
hỗ trợ năng lợng càng bé. Mức năng lợng hỗ trợ đạt tới 50% khi
diện tích bằng 58m
2
ở bộ thu ống nhiệt ống chân không và 100m
2
ở
bộ thu ống nhiệt tấm phẳng. Điều này chứng tỏ muốn giảm phần
năng lợng bổ sung cho hệ thống thì diện tích bộ thu không nên
quá lớn. Tuy nhiên xác định diện tích bộ thu và công suất lạnh của
hệ thống là bài toán tối u về kinh tế kỹ thuật chứ không đơn thuần
là giảm yêu cầu năng lợng hỗ trợ cho hệ thống.

Chơng 5. Nghiên cứu thực nghiệm hệ thống
cấp nhiệt bằng NLMT cho máy lạnh hấp thụ
5.1 Mục đích thí nghiệm
- Xác định sơ đồ vận hành kết hợp với năng lợng hỗ trợ một cách
hợp lý nhằm mục đích vận hành ổn định và hiệu quả cho MLHT
H
2
O-LiBr loại công suất nhỏ (Single Effect).
- Xác định tỉ số F/Q (diện tích bộ thu NLMT/công suất lạnh) hợp

21
lý nhất trong điều kiện thời tiết của các tỉnh phía nam Việt Nam.
- Đánh giá tỷ lệ sử dụng NLMT và năng lợng hỗ trợ (hệ số
FNP

), xác định số giờ vận hành.
5.2 Mô hình thực nghiệm và đánh giá sai số
5.2.1 Mô hình thực nghiệm
Hệ thống thí nghiệm cấp nhiệt cho MLHT và cấp nớc nóng sinh
hoạt bằng NLMT đợc lắp đặt tại Phờng Linh Trung Quận Thủ
Đức thành phố Hồ Chí Minh có sơ đồ nh hình 5.1
Sơ đồ thí nghiệm gồm 10 m
2
Collector kiểu ống nhiệt tấm phẳng
đã đợc chế tạo gồm 6 bộ thu mắc nối tiếp, bình chứa nớc nóng
cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ có dung tích 200 lít (I), thiết bị gia
nhiệt hỗ trợ bằng điện trở 12 kW (II), bình chứa nớc nóng phục vụ
cho sinh hoạt có dung tích 125 lít (III), 2 bơm nớc tuần hoàn, 1
bình sinh hơi giả thay cho máy lạnh hấp thụ (độ chênh nhiệt độ
nớc vào và ra đợc điều chỉnh
Ct
0
5=
), 2 lu lợng kế có thể
điều chỉnh đợc lu lợng.
Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống thực nghiệm

22





Hệ thống thực nghiệm đợc lắp đặt ở Linh Trung Thủ Đức
5.2.2 Dụng cụ đo và phơng pháp đánh giá sai số

5.3 Các kết quả thí nghiệm
Đã thực hiện nhiều thí nghiệm vào những ngày khác nhau cho cả
hai trờng hợp: (i) Trờng hợp 1: Nớc nóng của ngày trớc đợc
sử dụng hết, lúc bắt đầu vận hành nhiệt độ nớc trong bình là nhiệt
độ nớc có nhiệt độ 30
0
C. (ii) Trờng hợp 2: Nớc nóng ngày hôm
trớc sử dụng cha hết, lúc khởi động hệ thống nớc nóng trong
bình là 54
0
C.
5.4 Nhận xét
- Với sơ đồ đã chọn có thể vận hành hệ thống một cách chủ động,
khi cờng độ bức xạ mặt trời không đủ thì có thể sử dụng năng lợng
phụ.
- Kết quả thí nghiệm cho thấy, tỷ số F/Q của hệ thống là
6,85m
2
/kW, kết quả này có chênh lệch so với kết quả tính toán theo
chơng trình mô phỏng ở chơng 4 (F/Q = 5,8m
2
/kW).
Sự chênh lệch này là do trong thực tế có tổn thất trên đờng ống và
tổn thất ở bình chứa nên với sai số này có thể chấp nhận đợc
chứng tỏ phần mềm mô phỏng chơng 4 là có thể tin cậy.
- Theo phần mềm SOLARAD mô phỏng tần suất bức xạ mặt trời ở
các tỉnh thành của Việt Nam [11] thì thành phố Đà Nẵng tần suất
xuất hiện bức xạ mặt trời có cờng độ bức xạ 800W/m
2
là khoảng