Ứng dụng vật liệu biến đổi pha để đáp ứng yêu cầu sử dụng hiệu quả năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.36 MB, 150 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------
TRẦN HỮU PHƯỚC
ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA ĐỂ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU
SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG
ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM
CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ NHIỆT
MÃ NGÀNH:
60.52.80
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2008
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------
TRẦN HỮU PHƯỚC
ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA ĐỂ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU
SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG
ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM
CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ NHIỆT
MÃ NGÀNH
: 60.52.80
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
MSHV: 00604152
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2008
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS LÊ CHÍ HIỆP
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………
CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: ………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………
CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: ………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ....... tháng …….. năm 2008
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 29 tháng 11 năm 2008
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN HỮU PHƯỚC
Ngày, tháng, năm sinh : 24 – 05 – 1978
Giới tính : Nam
Nơi sinh : HÀ TĨNH
Chuyên ngành : CƠNG NGHỆ NHIỆT
Khố: 2004 (CNNK15)
1- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA ĐỂ ĐÁP ỨNG YÊU
CẦU SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA
KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
1. Nghiên cứu về các vật liệu biến đổi pha (PCM) và công nghệ bình tích trữ
lạnh.
2. Khả năng ứng dụng các vật liệu biến đổi pha (PCM) vào cơng trình (dự án)
cụ thể và phát triển mở rộng ứng dụng này vào hàng loạt các cơng trình (dự
án) đã được phân loại để thấy được sự tích cực của việc ứng dụng vật liệu
biến đổi pha (PCM) nhằm góp phần vào việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ
môi trường trong công cuộc đổi mới đất nước thời kỳ hội nhập, nhằm đáp
ứng hiệu quả sử dụng năng lượng trong các hệ thống Điều hịa khơng khí
trung tâm.
3. Rút ra các kết luận về kinh tế, kỹ thuật, môi trường và tiềm năng ứng dụng
của công nghệ này.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02 – 07 – 2007
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 29 – 11 – 2008
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS LÊ CHÍ HIỆP
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chun Ngành
thơng qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGS. TS LÊ CHÍ HIỆP
CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUN NGÀNH
PGS. TS LÊ CHÍ HIỆP
LỜI CẢM ƠN
---o0o--Trước tiên tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến tồn thể Thầy, Cơ trường Đại Học Bách
Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung, các Thầy, Cơ bộ mơn CƠNG NGHỆ
NHIỆT LẠNH, những người đã hướng dẫn, hỗ trợ và cung cấp giúp đỡ em trong suốt
chương trình đào tạo Đại Học, hai năm khóa đào tạo chương trình Thạc sĩ của Bộ mơn
và Luận văn Thạc sĩ này.
Em xin chân thành biết ơn Thầy PGS. TS LÊ CHÍ HIỆP, người đã hướng dẫn và hỗ trợ
em trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn được hoàn thành.
Xin cảm ơn các Anh, Chị và các bạn cùng lớp cao học khóa 15 chuyên ngành Công
Nghệ Nhiệt, những người đã cùng tôi vượt qua những khó khăn và đã hỗ trợ tơi rất
nhiều trong suốt khóa học.
Xin chân thành cảm ơn các cơ quan, công ty bạn đã hỗ trợ tôi trong việc xác định các
thông số và thông tin liên quan đến luận văn này, mà đặc biệt là công ty Tư vân thiết
kế và quản lý dự án Meinhardt Philipin, Chủ đầu tư Công ty cổ phần ngoại thương và
phát triển đầu tư Tp. Hồ Chí Minh (FIDECO).
Sau cùng, xin chân thành cảm ơn tất cả những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời
gian học tập và thực hiện luận văn này.
Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 11 năm 2008
Người thực hiện
TRẦN HỮU PHƯỚC
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Trong xu thế phát triển của xã hội Việt Nam hiện nay, nhiệm vụ đặt ra cho mỗi ngành,
và lĩnh vực để góp phần vào việc xây dựng đất nước là khác nhau. Chúng ta nói rất
nhiều về các giải pháp tiết kiệm và sử dụng hiệu quả năng lượng, thì luận văn này đang
cố gắng đưa ra một giải pháp, đó là ứng dụng các vật liệu biến đội pha (PCM) để tích
trữ năng lượng vào những giờ thấp điểm và sử dụng chúng vào những giờ cao điểm.
Để làm được điều này thì chúng ta phải dựa rất nhiều vào cơng nghệ hóa học và lý
thuyết nhiệt động lực học, thông qua vật liệu này chúng ta có thể trữ được năng lượng
theo ý muốn tại những nhiệt độ mong muốn. Do nhu cầu phát triển hiện nay của các
ngành dịch vụ nên nhu cầu về sự tiện nghi là không thể thiếu, do đó, luận văn này
hướng chúng ta ứng dụng vật liệu biến đổi pha (PCM) vào các hệ thống Điều hịa
khơng khí trung tâm, vì hệ thống này tiêu tốn một lượng năng lượng rất khổng lồ trong
các tòa nhà. Tuy nhiên, thông qua giải pháp công nghệ này chúng ta sẽ không chỉ tiết
kiệm và sử dụng được hiệu quả năng lượng mà cịn giúp:
-
Tiết kiệm được chi phí đầu tư ban đầu thiết bị hệ thống;
-
Tăng tuổi thọ hệ thống;
-
Giảm chi phí bảo dưỡng;
-
Tăng hiệu suất hệ thống;
-
Tiết kiệm được chi phí năng lượng;
-
Thân thiện mơi trường.
Luận văn đã thực hiện các tính tốn cho một cơng trình cụ thể để từ đó đánh giá phát
triển mở rộng cho một loạt các cơng trình ở địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh. Nhằm
nghiên cứu tính hiệu quả và khả thi của công nghệ vật liệu biến đổi pha (PCM).
Tuy đã cố gắng thực hiện luận văn thạc sĩ này song do điều kiện thực tế về các thực
nghiệm nên luận văn vẫn còn những hạn chế về nội dung và tính tốn. Nhưng tơi tin
rằng kết quả nghiên cứu sẽ mở rộng ra một con đường tiết kiệm và sử dụng hiệu quả
năng lượng cho đất nước ta hiện nay. Luận văn cịn có giá trị cho các nhà đầu tư, các
kỹ sư tham khảo cho hoạt động khoa học của mình cũng như tìm hiểu và vận dụng , áp
dụng cho việc thiết kế các hệ thống Điều Hịa Khơng Khí Trung Tâm, trong q trình
xây dựng đất nước thời kỳ hiện đại hóa và hội nhập tổ chức thương mại thế giới
(WTO).
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
-
dtlm 1 : độ chênh nhiệt độ trung bình logarit trong quá trình trữ (°C)
-
dtlm 2 : độ chênh nhiệt độ trung bình logarit trong q trình giải phóng (°C)
-
DSTL : cường độ nhiệt tích trữ
-
kvfu : hệ số truyền nhiệt trong q trình tan chảy (kW/°C/ m3)
-
kvcr : hệ số truyền nhiệt tới hạn (kW/°C/ m3)
-
P : tải yêu cầu (kW)
-
Pc : tải nạp (kW)
-
Pdst : cường độ giải phóng nhiệt trữ (kW)
-
Pm : tải tức thời cực đại (kW)
-
Pmin : tải tức thời cực tiểu (kW)
-
Pr : công suất của máy làm lạnh trung tâm (kW)
-
Pr1 hay Pr 2 : công suất tối thiểu của máy làm lạnh trung tâm (kW)
-
Pst : cường độ nạp (kW)
-
Qj : năng lượng tiêu thụ hằng ngày (kWh)
-
Ql : ẩn nhiệt của một đơn vị quả cầu đang xét (kWh/ m3)
-
Qsl : mức độ nhạy nhiệt của một đơn vị quả cầu đang xét tại trạng thái lỏng
(kWh/ m3/°C)
-
Qss : mức độ nhạy nhiệt của một đơn vị quả cầu đang xét tại trạng thái rắn
(kW/ m3/°C)
-
Qst : năng lượng cực đại tích trữ được (kWh)
-
Qdst : năng lượng giải phóng (kWh)
-
T1 : nhiệt độ đầu ra của chế độ nạp (°C)
-
T2 : nhiệt độ dầu vào của chế độ nạp (°C)
-
T3 : nhiệt độ đầu ra của chế độ giải phóng (°C)
-
T4 : nhiệt độ đầu vào của chế độ giải phóng (°C)
-
Td : nhiệt độ của lưu chất truyền nhiệt ra khỏi bình (°C)
-
Tm : nhiệt độ trung bình của bình trữ tại đầu cuối của chế độ nạp (°C)
-
Tst : nhiệt độ biến đổi pha của đơn vị quả cầu đang xét (°C)
-
tpd : hàm thời gian trong quá trình sản xuất trực tiếp (h)
-
tst : hàm thời gian của máy làm lạnh trung tâm trong q trình trữ (h)
-
V : thể tích trữ (m3)
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
MỤC LỤC
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT................................................................................... 7
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1 ........................................................................................................................... 11
ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA ......................................................................... 11
1.1 Tổng quan về Điều Hịa Khơng Khí ............................................................................. 11
1.2 Tổng quan về tích trữ năng lượng và vật liệu biến đổi pha .......................................... 13
1.3 Lựa chọn vật liệu biến đổi pha phù hợp với ứng dụng Điều Hịa Khơng Khí.............. 22
1.4 Phân tích tính chất hóa học của vật liệu biến đổi pha ................................................... 24
1.5 Các phương trình và cơng thức tính tốn liên quan đến q trình biến đổi pha của
vật liệu (PCM) .............................................................................................................. 28
1.6 Ứng dụng vật liệu biến đổi pha trên thế giới ................................................................ 31
CHƯƠNG 2 ........................................................................................................................... 39
HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ – THIẾT LẬP CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH
TẢI LẠNH, ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ VÀ SƠ ĐỒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH .............. 39
2.1 Thiết lập đường đặc tính tải lạnh và cơng suất điện năng tiêu thụ ............................... 40
2.2 Thiết lập các sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh ................................................................ 44
2.3 Tính tốn bình tích trữ lạnh cho hệ thống ..................................................................... 50
2.4 Các phương trình và cơng thức tính tốn ...................................................................... 52
CHƯƠNG 3 ........................................................................................................................... 55
ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHAVÀO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHƠNG
KHÍ TRUNG TÂM CAO ỐC VĂN PHỊNG FEDICO (FEDICO TOWER – 81-85
HÀM NGHI, QUẬN 1, TP.HCM) ....................................................................................... 55
3.1 Tính tải lạnh tịa nhà ..................................................................................................... 55
3.2 Thiết lập đường đặc tính tải lạnh và điện năng tiêu thụ ............................................... 57
3.3 Lựa chọn các thiết bị và thiết lập hệ thống ................................................................... 76
3.4 Tính tốn bình tích trữ và giàn trao đổi nhiêt ............................................................... 78
CHƯƠNG 4 ........................................................................................................................... 84
PHÂN TÍCH VÀ PHÁT TRIỂN RỘNG CÁC ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU BIẾN
ĐỔI PHA (PCM) ................................................................................................................... 84
4.1 Các bảng thống kê và tính tốn các thơng số của các khách sạn và cao ốc văn
phịng ............................................................................................................................ 84
4.2 Phân tích khả năng ứng dụng ........................................................................................ 95
CHƯƠNG 5 ........................................................................................................................... 97
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA (PCM) VÀ CÁC
KẾT LUẬN ............................................................................................................................ 97
5.1 Tình hình ứng dụng trong nước .................................................................................... 97
5.2 Kinh tế kỹ thuật ............................................................................................................. 99
5.3 Mỹ quan ...................................................................................................................... 102
5.4 Tác đông môi trường................................................................................................... 103
PHỤ LỤC ............................................................................................................................. 105
Phụ lục 1 Các loại bình tích trữ lạnh chứa PCM ............................................................. 105
Phụ lục 2 – Các tính tốn từ tải lạnh từ phần mềm TRACE 700 V6.0............................. 107
Phụ lục 3 – Lựa chọn máy làm lạnh trung tâm qua phần mềm E-20 Carrier ................... 140
Phụ lục 4 – Biểu giá điện do EVN phát hành ................................................................... 142
Phụ lục 5 – Phần mềm phân tích, tính toán và so sánh giữa các phương án .................... 145
Phụ lục 6 – Thiết lập đường đặc tính tải lạnh theo 24 giờ [2] .......................................... 148
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 149
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ................................................................................................ 150
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 8/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
LỜI NĨI ĐẦU
Trong xu thế phát triển đất nước hiện nay các ngành công nghiệp, nông nghiệp và các
dịch vụ đều phát triển mạnh cả theo chiều rộng và chiều sâu. Trước bối cảnh đó nhu cầu
về tiêu thụ điện năng là vơ cùng to lớn và có thể nói là phát triển theo cấp số nhân. Như
vậy làm thế nào để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng ? Ở đề tài này chúng tôi cố
gắng đưa ra giải pháp tối ưu để trả lời cho câu hỏi trên, và trình bày một cách cụ thể hơn
về giải pháp. Đó là đưa cơng nghệ vật liệu hóa học vào bài tốn nhiệt hay bài tốn năng
lượng nói chung. Vật liệu chúng tôi đưa vào là Vật Liệu Biến Đổi Pha (PCM) và lợi dụng
tính chất vật lý này kết hợp với hiểu biết về kỹ thuật nhiệt – lạnh giải bài tốn tối ưu về
chi phí đầu tư cũng như khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng cho một quá trình, hay dự
án trong thực tế.
Vào thời điểm khi mà chúng ta nói ngày càng nhiều về những rủi ro nguy hại đến sinh
thái và trong thời kỳ thiếu thốn năng lượng tiêu thụ, tích trự năng lượng hay sử dụng
năng lượng có tính tốn đến chiều sâu và bề rộng thì đây là một giải pháp kỹ thuật tích
hợp với các hệ thống làm lạnh công nghiệp và điều hịa khơng khí.
Các hệ thống cổ điển được thiết kế để đáp ứng yêu cầu tải định, ngay cả khi chúng ta chỉ
dung máy làm lạnh trung tâm (Chiller) tại 100% tải chỉ trong một vài ngày hay chỉ vài
giờ trong năm.
Tích trữ ẩn nhiệt cho phép làm giảm cơng suất của máy làm lạnh trung tâm. Việc tích trữ
này bổ sung phần năng lượng bị thâm hụt khi yêu cầu tải cao hơn của máy làm lạnh trung
tâm. Vì vậy máy làm lạnh trung tâm hoạt động liên tục và hiệu suất đạt được cực đại.
Tích trữ năng lượng cho phép quản lý được năng lượng lạnh theo yêu cầu. Và cũng tiết
kiệm được đáng kể chi phí vận hành khi sử dụng điện năng ngoài giờ cao điểm.
Giảm được kích cỡ máy làm lạnh trung tâm cũng có nghĩa là giảm môi chất lạnh sử dụng,
vấn đề ngày càng được xem trọng khi mà các luật định hạn chế sử dụng môi chất CFC.
Đề tài được chia làm năm chương với nội dung cơ bản như sau:
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 9/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
-
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Khái quát về vật liệu biến đổi pha – tính chất hóa – lý của vật liệu biến đổi pha
và sự phân loại cho các dãy ứng dụng cụ thể.
-
Các sơ đồ nhiệt và thiết lập các đặc tính tải lạnh và điện năng tiêu thụ
-
Ứng dụng cho cơng trình cụ thể từ đó làm cơ sở cho các phân tích và nhận
định.
-
Phát triển mở rộng từ kết quả nhận được từ việc phân tích đánh giá trên một dự
án cụ thể.
-
Các thống kê và kết luận.
Có thể nói rằng đây là một cơng nghệ thể hiện sự kết hợp tích cực giữa các ngành khoa
học khác nhau để đi đến một lợi điểm chung trong thực tiễn. Vấn đề mà các nhà khoa
học, những người làm kỹ thuật và đặc biệt là người sử dụng trực tiếp đang mong muốn
hướng đến và muốn cụ thể hóa vào cuộc sống thực tiễn hiện nay.
Tuy đã cố gắng thực hiện nhưng luận văn vẫn cịn một số hạn chế nhất định, như các
thơng số thực nghiệm, và sự kết hợp với các bộ môn hóa học để khẳng định hơn nữa sự
hiện diện của các vật liệu biến đổi pha (PCM) là một giải pháp cho công cuộc tiết kiệm
và sử dụng hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường như tinh thần của hội nghị Bali ở
Indonosia năm 2007.
Luận văn cũng cần nên được viết theo một ngơn ngữ lập trình cấp trung để thuận tiện cho
những người ứng dụng dễ dàng và nhanh chóng tìm ra được kết quả về tài toán đầu tư
hay nghiên cứu khả thi của dự án. Nhưng do có một số mặt hạn chế về thời gian và khả
năng ngơn ngữ lập trình nên cịn thiếu sót trong luận văn.
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 10/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
CHƯƠNG 1
ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BIẾN ĐỔI PHA
1.1 Tổng quan về Điều Hòa Khơng Khí
Từ xa xưa ở các vùng sa mạc ở Ai Cập đã biết làm mát khơng khí bằng các phương tiện
thô sơ, nhưng đến năm 1902 sau khi tiến sĩ người Mỹ Willis. H. Carrier đã thiết kế hệ
thống điều hịa khơng khí đầu tiên lắp đặt ở nhà máy in Sacket Wilhelms để loại ẩm
khơng khí thì điều hịa khơng khí mới thật sự trở thành một cơng cụ cơng nghiệp. Từ
những thành quả ban đầu đó Tiến sĩ Willis. H. Carrier tiếp tục nghiên cứu và đến năm
1921 với việc phát minh ra máy lạnh ly tâm ông đã tạo ra một bước nhảy vọt trong kỹ
thuật điều hịa khơng khí, và cũng từ đây kỹ thuật điều hịa khơng khí bắt đầu tham gia
vào nhiều lĩnh vực khác nhau như: trong các nhà máy công nghiệp, trại chăn nuôi, nhà
điều dưỡng, các sinh hoạt hằng ngày của con người, nhà hát, trung tâm văn hóa, trung
tâm thương mại, cao ốc văn phòng, khách sạn, trường học và các dịch vụ khác như phòng
sạch, bệnh viện và các nhà máy dược phẩm.
Ngày nay, kỹ thuật điều hòa khơng khí khơng chỉ được xem như là một ngành khoa học
mà còn được xem như là một nghệ thuật. Bởi lẽ ngồi khả năng tạo ra một mơi trường
làm việc thuận lợi tiện nghi mà nó cịn là một nội thất ưa nhìn trong trang trí nội thất
nghệ thuật.
Do đó để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong các hoạt động sản xuất, gia công, chế biến
nhằm mục tiêu nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, phục vụ các yêu cầu về công
nghệ và cải thiện về điều kiện lao động người ta ứng dụng ngày càng nhiều kỹ thuật điều
hịa khơng khí và trong sản xuất để tạo ra mơi trường có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp.
Điều hịa khơng khí đã hỗ trợ nhiều ngành công nghiệp, nông nghiệp, kinh tế phát triển
như là: in, dệt, sản xuất bánh kẹo, thuốc lá, chè, các trại chăn nuôi. Trong cuộc sống đời
thường kỹ thuật điều hịa khơng khí cũng góp phần phục vụ cho cuộc sống hiện đại của
con người trong các khu nhà ở, trung tâm thương mại, khách sạn, nhà hang, vũ trường,
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 11/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
quán bar, cao ốc văn phòng, bệnh viện, phòng học, trên các phương tiện di chuyển như: ô
tô, tàu thủy, tàu hỏa, máy bay.…
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 12/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
1.2 Tổng quan về tích trữ năng lượng và vật liệu biến đổi pha
1.2.1 . Tích Trữ Năng Lượng
1.2.1.1 . Tại Sao Tích Trữ Năng Lượng ?
Cho đến nay chưa có giải pháp tốt nhất cho việc tích trữ năng lượng nhiệt hay lạnh một
cách hợp lý, dẫn đến việc dùng các máy làm lạnh trung tâm có cơng suất lớn để đáp ứng
mong muốn điều kiện tải đỉnh; nhưng công suất lớn này của máy làm lạnh trung tâm chỉ
được sử dụng trong một vài giờ trong ngày hay trong năm. Do vậy, điều này gây ra một
sự lãng phí cũng như tốn kém về đầu tư ban đầu hệ thống lạnh/ nhiệt.
Tích trữ năng lượng mỗi ngày cho phép chúng ta sử dụng các máy làm lạnh trung tâm có
cơng suất nhỏ và thích hợp hơn. Năng lượng lạnh sẽ được tích trữ vào thời điểm thấp tải
hay khơng tải và được giải phóng vào thời điểm có yêu cầu tải lớn (tải đỉnh).
Với tải tuần hoàn một cách liên tục, việc tích trữ năng lượng nhiệt cho phép các máy làm
lạnh trung tâm công suất nhỏ vận hành gần như liện tục; việc tích trữ năng lượng trong
suốt thời gian không tải hay thấp tải là để sử dụng trong những giờ cao điểm hay tải
đỉnh.
1.2.1.2. Năng Lượng Được Tích Trữ Như Thế Nào?
Như chúng ta đã được biết, năng lượng nhiệt được hình thành dưới hai thành phần đó là
nhiệt hiện và nhiệt ẩn:
- Nhiệt hiện
Phần lớn chúng ta xem nước là mơi trường tích năng lượng nhiệt hiện và ẩn. Vì nước rẻ
và rất phong phú, nước có nhiệt dung thể tích là 1.16 kWh/m3°C giá trị này lớn hơn nhiệt
dung riêng thể tích của sắt hay đá. Tuy nhiện nó có những giới hạn nhất định về việc sử
dụng, đặc biệt là với độ chênh lệch nhiệt độ và áp suất lớn.
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 13/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Trong các ứng dụng về làm lạnh, giá trị nhiệt dung thể tích thực tế đạt được tối đa là 6
kWh/m3°C. Giá trị này cho thấy rằng nước về khả năng tích trữ nhiệt hiện là không đáng
kể.
- Nhiệt ẩn
Nhiệt ẩn là tên gọi của cả năng lượng được tích trữ hay giải phóng khi các vật chất thay
đổi pha. Ví dụ: nước đá chuyển thành nước, nước chuyển thành hơi hay khí. Sự thay đổi
pha này xảy ra tại nhiệt độ gần như khơng đổi hoặc biến đổi rất ít. Năng lượng được hấp
thụ hay giải phóng trong suốt thời gian thay đổi pha là nhiều hơn năng lượng được yêu
cầu để làm giảm hay gia tăng nhiệt độ vật chất thay đổi pha (nhiệt hiện).
Dưới đây là biểu đồ năng lượng tiêu thụ ngày (hình 1.1)
kW
100
80
60
Giải phóng
40
20
0
Sản xuất trực tiếp
Nạp
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19 21
Nạp
23
h
Hình 1.1
Để làm tan chảy một vật liệu chúng ta cần năng lượng.Ví dụ để làm tan một gam nước đá
yêu cầu 80 calo tại nhiệt độ không đổi. Năng lượng này được giải phóng khi vật liệu
được làm lạnh hay chuyển về trạng thái rắn. Các vật liệu khác nhau có điểm nóng chảy
khác nhau. Tích trữ năng lượng một cách hiệu quả, chúng ta phải sử dụng các vật liệu
khác nhau để thỏa mãn các yêu cầu dãy ứng dụng rộng.
Các vật liệu này được gọi là vật liệu biến đổi pha (PCM). Yêu cầu vật liệu biến đổi pha là
phải thỏa mãn hai tính chất sau:
1.2.2. Vật liệu biến đổi pha là gì ?
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 14/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Vật liệu biến đổi pha là vật liệu có nhiệt độ nóng chảy và có thể tích trữ năng lượng dưới
dạng ẩn nhiệt lớn, dẫn đến cơng suất tích trữ nhiệt trên một đơn vị thể tích lớn hơn các
vật liệu thơng thường. Khi nhiệt độ bên ngoài tăng lên, các liên kết trong các vật liệu biến
đổi pha (PCM) bị phá vỡ, lúc này vật liệu chuyển từ pha rắn sang pha lỏng (vì thật ra có
nhiều dạng vật liệu biến đổi pha như rắn – lỏng, rắn – rắn, và lỏng – hơi). Biến đổi pha là
một quá trình thu nhiệt và do đó vật liệu biến đổi pha hấp thụ nhiệt. Khi nhiệt độ môi
trường được làm lạnh xuống, vật liệu biến đổi pha quay về trạng thái pha rắn và giải
phóng năng lượng nhiệt đã hấp thụ.
Vật liệu biến pha là vật liệu có nhiệt độ gần như khơng đổi trong q trình biến đổi pha
của nó. Và có khả tích trữ ẩn nhiệt lớn hơn nhiều so với nhiệt hiện.
1.2.3. Phân loại vật liệu biến đổi pha
Việc sử dụng vật liệu biến đổi pha đã có từ rất lâu cũng nhằm mục đích về giải pháp các
vấn đề năng lượng nhiệt trong các tòa nhà và các ứng dụng khác về tích trữ nhiệt/ lạnh.
Lần đầu tiên được áp dụng là năm 1940 với mục đích kết hợp với năng lượng mặt trời để
tích trữ nhiệt.
Cho đến những năm gần đây, các nghiên cứu có liên quan cơ bản đến các vật liệu biến
đổi pha (PCM) là các muối hydrat và chỉ áp dụng với các mục đích là vật liệu cho các
cơng trình xây dựng. Vì các giải pháp tiết kiệm năng lượng cũng như nghiên cứu phát
triển các vật liệu mới cần được nghiên cứu để đưa vào các cơng trình xây dựng cơng
nghiệp và dân dụng.
Những thập niện sau này, nghiên cứu thường hướng đến việc sử dụng các vật liệu biến
đổi pha là các chất hữu cơ, nghiên cứu này đã mở ra triển vọng của các vật liệu xây dựng
dạng xốp biến đổi pha, vì vậy tạo ra được các nhân tố tích trữ nhiệt. Nghiên cứu gần đây
(Feldman cùng các cộng sự, 1993, Athienis cùng các công sự 1997, Peippo cùng các
cộng sự) chỉ ra rằng vật liệu biến đổi pha (PCM) sử dụng làm vật liệu xây dựng cho thấy
hứa hẹn rất lớn về khả năng tiết kiệm năng lượng. Bên cạnh đó cũng làm giảm năng
lượng điện tiêu thụ, mà đặc biệt là làm giảm yêu cầu năng lượng điện lúc giờ cao điểm.
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 15/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Các vật chất có thể tồn tại ở trạng thái rắn, lỏng và khí tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất
của điều kiện trữ. Ba pha cùng tồn tại ở trạng thái cân bằng nhưng trạng thái hai pha
thường được dùng trong thực tế. Biến đổi nhiệt ẩn của các chất thuần khiết có thể được
sử dụng để trữ nhiệt hay lạnh để sử dụng vào lúc cần thiết.
Vật liệu biến đổi pha có thể là chất hữu cơ hay vơ cơ. Biến đổi pha phần lớn các chuyển
đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng cho các ứng dụng tích trữ năng lượng trong các
tòa nhà.
Phân loại các vật liệu tích trữ năng lượng theo cách nhìn về hóa lý (hình 2.2):
Vật liệu
Nhiệt hiện
Năng lượng hóa học
Nhiệt ẩn
Khí-Lỏng
Lỏng-Khí
Rắn-Lỏng
Rắn-Rắn
Vơ cơ
Hữu cơ
Paraffin
Axit béo
Muối hydrat
Hình 2.2 – Phân loại các vật liệu biến đổi pha
Minh chứng cho việc nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu biến đổi pha (PCM)
dưới đây là một số thống kê về các nhà cung cấp và trung tâm nghiên cứu về lĩnh vực
này:
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 16/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Stt
Diễn giải/ Tên nhà
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Website
Loại PCM
cung cấp
1
PCM Energy P.Ltd
www.pcmenergy.com
- Vô cơ
- Hữu cơ
2
Cristopia
www.cristopia .com
- Hữu cơ
- Vô vơ
- Parafin
3
Environmental
www.epsltd.co.uk
process system
- Vô cơ
- Hữu cơ
Limited
4
Chromerics
www.chromerics.com
- Vô cơ
- Hữu cơ
5
Energy institute
www.energybooks.com -
press
Climator
www.climator.com
- Hữu cơ
- Vô vơ
- Parafin
Bảng 1.1 Các nhà cung cấp vật liệu biến đổi pha (PCM) tiêu biểu
1.2.3.1 Vật liệu biến đổi pha (PCM)
Cơ sở và nhìn chung hầu hết các vật liệu biến đổi pha được sử dụng là nước / nước đá
biến đổi pha tại nhiệt độ 00C. Các muối hydrat, các chất hữu cơ và các dẫn suất hydro cacbon cũng được sử dụng rộng rãi trong ứng dụng dân dụng, thương mại và công
nghiệp.
1.2.3.2 Các vật liệu vô cơ (Muối hydrat – Salt hydrates)
Đã có những nổ lực từ rất sớm về việc phát triển các vật liệu tích trữ ẩn nhiệt sử dụng các
vật liệu vô cơ. Muối hydrat là hỗn hợp của muối và nước có tính năng là tan chảy nhiệt
ẩn cao do hàm lượng nước cao, bên cạnh có các muối cũng có những hạn chế về tuổi thọ
trong việc hình thành sự chia tách pha trong suốt q trình nạp và giải phóng năng lượng.
Kết quả là muối nặng bị lắng xuống đáy dung dịch, do đó, làm giảm hiệu quả tích trữ
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 17/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
năng lượng của dung dịch. Quá trình này cứ như thế tăng dần và không thể thay đổi
được. Các muối sun phát natri hydrat, được nghiên cứu rộng rãi trong giai đoạn đầu của
các vật liệu biến đổi pha. Tính chất biến đổi pha của các vật liệu được trình bày trong
bảng 1.2. Các vật liệu biến đổi pha có tính chất hấp dẫn phải là vật liệu có giá trị nhiệt ẩn
cao, không cháy, khả năng ngậm nước cao và đặc biệt là chúng khơng đắt và là các vật
liệu sẵn có trên thị trường.
Tuy nhiên, chúng cũng có những tính chất không phù hợp dẫn đến việc phát triển nghiên
cứu thêm các vật liệu biến đổi pha vô cơ này. Các tính chất là: tính ăn mịn, khơng ổn
định, khơng thích hợp khi quay về lại trạng thái rắn và có khuynh hướng dẫn đến quá
lạnh.
Bảng 1.2. Các vật liệu biến đổi pha muối hydrat ngậm nước (các giá trị tiêu biểu)
Vật liệu biến đổi pha (PCM)
KF.4H2O
Điểm nóng chảy
Nhiệt nóng chảy
(0C)
(kJ/kg)
18.5
231
29.7
171
32.4
254
35.0
281
36.4
147
Potassium flouride tetrahydrate
CaCl2.6H2O
Calcium chloride hexahydrate
Na2SO4.10H2O
Sodium sulphate decahydrate
Na2HPO4.12H2O
Sodium orthophosphate dodecahydrate
Zn(NO3)2.6H2O
Zinc nitrate hexahydrate
1.2.3.3 Các Eutectic
Nói cách khác các Eutectic là hỗn hợp hịa trộn của hai hay nhiều chất như là một cách để
đạt được điểm đóng băng hay nóng chảy mong muốn. Hỗn hợp sẽ nóng chảy hồn tồn ở
nhiệt độ thiết kế có thành phần cả ở pha lỏng lẫn pha rắn đó là tiêu chuẩn chính của vật
liệu biến pha (PCM) Eutectic.
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 18/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Bảng 1.3. Thể hiện các thơng số tiêu biểu của Eutetic
Điểm nóng chảy
Nhiệt nóng
Ẩn nhiệt
(0C)
chảy (kJ/kg)
(MJ/m3)
MgCl2.6H2O
117
169
242
Mg(NO3)2.6H2O
89
163
252
CH3COONa.3H2O
58
226
287
MgCl2.6H2O/
58
132
201
Na2HPO4.12H2O
34
265
379
Na2SO4.10H2O
32
251
335
Na2CO3.10H2O
32
233
340
28 đến 4
220 đến 245
170 đến 195
28 đến -15
146 đến 155
165 đến 175
27
191
298
24 đến 4
Dãy rộng
Dãy rộng
CaCl2.6H2O/ CaBr2.6H2O
15
140
249
H2 O
0
335
335
0 đến -64
Dãy rộng
Dãy rộng
Vật liệu (PCM)
Mg(NO3)2.6H2O
Waxes
Polyethelene glycols
CaCl2.6H2O
Muối Clauber + Phụ gia
Dãy
của
nước/
Muối
Eutectic
1.2.3.4 Các vật liệu hữu cơ
Các vật liệu biến đổi pha (PCM) hữu cơ có một số tính chất hữu ích trong việc tích trữ
nhiệt trong các tịa nhà hiện hữu. Các vật liệu biến đổi pha (PCM) này có tính ổn định về
hóa học hơn là các chất vơ cơ, chúng nóng chảy đồng đều và vấn đề q lạnh khơng ảnh
hưởng đến q trình tích trữ. Hơn nữa chúng phù hợp với các vật liệu khác của tịa nhà.
Mặc dù vậy chi phí đầu tư ban đầu của các vật liệu hữu cơ thì cao hơn so với các vật liệu
vô cơ. Tuy nhiên, vật liệu hữu cơ cũng có những tính chất khơng thích hợp là: có khối
lượng riêng và hệ số dẫn nhiệt thấp, dễ cháy và tạo ra nhiều hơi độc khi cháy. Hơn nữa là
có thể tạo ra các phản ứng trong các vật liệu xây dựng, ơxi hóa trong mơi trường nhiệt và
làm lạnh thay đổi thể tích.
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 19/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Việc lựa chọn và thay đổi thích hợp sẽ loại được nhiều tính chất không mong muốn của
vật liệu biến đổi pha (PCM) hữu cơ. Hầu hết các lựa chọn hứa hẹn các vật liệu biến đổi
pha hữu cơ được chỉ định trong bảng 1.4.
Bảng 1.4. Các vật liệu biến đổi pha hữu cơ (các giá trị tiêu biểu)
Điểm nóng chảy (0C)
Nhiệt nóng chảy (kJ/kg)
28 đến -15
146 đến 155
Waxes
28 đến 4
220 đến 245
Nước
0
335
0 đến -64
Dãy rộng
Vật liệu biến đổi pha (PCM)
Polyenthylen glycol
Dãy nước/ muối eutectic
1.2.3.5 Các dẫn xuất hydrocacbon (Clathrates)
Là hỗn hợp của các chất hóa học mà một trong các chất đó được bọc trong một chất
khác. Trong thực tế, nước hình thành cấu trúc liên kết dạng lưới đối với các ứng dụng
tích trữ năng lượng. Nhìn chung hầu hết các dẫn xuất được sử dụng là các môi chất lạnh
R-11, R-12 và R-22.
Bảng 1.5. Danh sách của các muối hydrat các vật liệu Biến Đối Pha (PCM) cơ bản được
lựa chọn theo nhiệt độ điểm nóng.
Điểm
Cấp của PCM
nóng
Dãy
ứng Nhiệt ẩn Nhiệt ẩn Tỷ
dụng
chảy
(L.H.)
trong dãy trọng
KJ/Kg
ứng dụng
o
C
Ghi chú
KJ/Kg
-50oC
Muối đóng băng -60 to -40oC
325
395
1.3
-23oC
Muối đóng băng -30 to -15oC
330
380
1.2
-16oC
Muối đóng băng -25 to -05oC
330
380
1.02
Chúng ta có thể chọn bất kỳ nhiệt độ nào trong bảng trên như -3oC hay 11oC
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 20/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
00oC
Sự chính xác
-10 to -00oC
335
380
1
04oC
Bảo quản
00 to 10oC
105
135
1.4
07oC
Bảo quản
02 to12oC
135
175
1.4
07oC
Bảo quản
02 to12oC
300
330
1.4
Chúng ta có thể chọn bất kỳ nhiệt độ nào trong bảng trên như 1oC hay 10oC
10oC
Bảo quản
05 to 15oC
170
200
1.4
15oC
Bảo quản
10 to 20oC
175
210
1.4
18oC
Bảo quản
13 to 23oC
175
210
1.5
Để làm lạnh
các áo phao
Chúng ta có thể chọn bất kỳ nhiệt độ nào trong bảng trên như 12oC hay 16oC
18oC
Nhiệt mặt trời
15 to 21oC
175
210
1.5
21oC
Nhiệt mặt trời
18 to 24oC
175
210
1.5
24oC
Nhiệt mặt trời
18 to 30oC
175
210
1.5
27oC
Nhiệt mặt trời
22 to 32oC
175
210
1.5
Chúng ta có thể chọn bất kỳ nhiệt độ nào trong bảng trên như 20oC hay 25oC
29oC
Dự
phòng 22 to 36oC
>175
>210
1.5
Dự
phòng 22 to 36oC
210
250
1.4
Dự
ĐHKK
và
tiện nghi
ĐHKK
31oC
dự
phòng
ĐHKK
30oC
Cho
phòng 22 to 36oC
210
250
1.3
phòng 22 to 36oC
210
250
1.4
ĐHKK
32oC
Dự
ĐHKK
36oC
Điện tử
30to 50oC
260
300
1.4
Tiện
40oC
Điện tử
30 to 50oC
220
260
1.4
thiết bị điện
nghi
tử
45oC
Sưởi ấm
40 to 55oC
220
260
1.4
Điện trở mặt
trời
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 21/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
48oC
Sưởi ấm
40 to 58oC
220
260
1.4
58oC
Sưởi ấm
40 to 58oC
220
260
1.4
65oC
Điện tử
40 to 70oC
220
280
1.8
70oC
Điện tử
40 to 75oC
230
290
1.8
Tản
78oC
Điện tử
40 to 80oC
240
300
1.8
điện tử
Đệm sưởi
nhiệt
Chúng ta có các vật liệu biến đổi pha (PCM) và các muối xử lý nhiệt đến 1100oC
1.3 Lựa chọn vật liệu biến đổi pha phù hợp với ứng dụng Điều Hịa Khơng Khí
Như chúng ta đã biết phạm vi ứng dụng dãy nhiệt độ tiện nghi cho con người là 20-27 0C.
Và như vậy nhiệt độ của khơng khí cấp thường là 12.5-15 0C, có nghĩa là nhiệt độ của
nước làm lạnh cấp và hồi khoảng 6.0 / 13.0 0C tương ứng [8][ Kỹ thuật điều hịa khơng
khí – PSG.TS Lê Chí Hiệp]. Và đây chính là cơ sở để lựa chọn vật liệu biến đổi pha theo
các tính chất như được trình bày ở trên. Mà chúng ta biết rằng, nhiệt độ nước lạnh được
tạo ra từ một máy làm lạnh trung tâm (Chiller) thông thường hiện nay là 6.5-7.3 0C. Mặt
khác do nước bị đóng băng và tan chảy tại nhiệt độ 00C áp suất 1 (atm), do đó chúng ta
lấy các thơng số nhiệt độ này làm cơ sở chính để chọn vật liệu biến đổi pha. Tóm lại
chúng ta chọn nhiệt độ nóng chảy của vật liệu biến đổi pha (PCM) là 00C [5] và [22]. Vật
liệu sẽ là các dung dịch muối Eutectic được được bọc trong các quả cầu polymer có hệ số
dẫn nhiệt rất cao, mục đích là để thuận tiện trong việc tính tốn truyền nhiệt.
Việc lựa chọn một vật liệu để đưa vào ứng dụng thật sự còn phụ thuộc vào nhiều yếu
kinh tế và kỹ thuật khác nữa. Bảng 1.6, là tiêu chí để đánh giá và cơ sở chọn lựa PCM
hợp lý.
Bảng 1.6 Các tiêu chí cần đạt được khi lựa chọn lựa PCM cho ứng dụng điều hịa khơng
khí tập trung.
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 22/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Số
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Diễn giải
Cao
thứ
Trung
Thấp
bình
Rất
Khơng
Ghi chú
thấp
tự
1
Nhiệt nóng chảy trên
x(*)
1 kg
2
Thời gian duy trì
x
nhiệt độ khơng đổi
của PCM
3
Ẩn nhiệt kJ/kg
x
4
Khối lượng riêng kg/
x
m3
5
Khả năng quá nhiệt
x
x
6
Khả năng ăn mịn
x
7
Tác nhân phân tử
x
8
Tính độc hại
x
9
Dễ sử dụng
10
Chi phí đầu tư và
x
x
bảo dưỡng
11
Khả năng cháy
12
Thân
thiện
x
mơi
x
trường
Ghi chú: (*) Tiêu chí cao nhất của việc thể hiện một PCM hiệu quả nhất
Như vậy chúng ta có thể dựa trên lập luận như trình bày, bảng các tính năng và tiêu chí
của vật liệu biến đổi pha (PCM), để từ đó có thể lựa chọn cho dự án hay đưa ra các lời
khuyên đến các nhà đầu tư một cách hợp lý và đầu tư dự án có hiệu quả cao.
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 23/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
1.4 Phân tích tính chất hóa học của vật liệu biến đổi pha
1.4.1 CÁC KHÁI NIỆM
a/ Điểm nóng chảy (Melt point)
Điểm nóng chảy của trạng thái rắn là nhiệt độ tại đó nó chuyển trạng thái từ trạng thái rắn
sang trạng thái lỏng.
Khi xem xét nhiệt độ biến đổi ngược lại từ trạng thái lỏng sang rắn, thì điều này được
xem như điểm đóng băng. Ví dụ: nhiệt độ điểm nóng chảy của Thủy Ngân là 234,32 K (38,83 0C). Một số vật liệu khác được biết như thủy tinh sẽ cứng lại nhưng không phải là
sự kết tinh, điều này được gọi là rắn khơng kết tinh (định hình) [21].
Khơng giống như điểm sơi, điểm nóng chảy khơng bị ảnh hưởng đến áp suất. Vật liệu có
nhiệt độ nóng chảy cao nhất tại áp suất khí quyển được biết hiện nay là Grafit tại 3948 K.
Điểm nóng chảy thường được sử dụng để xác định mức độ nguyên chất và tính chất của
các hợp chất hữu cơ. Khi hai hóa chất được trộn vào nhau, kết quả là điểm nóng chảy của
hỗn hợp này sẽ thấp hơn điểm nóng chảy của cả hai chất đó. Tỷ lệ hịa trộn mà để đạt
được điểm nóng chảy thấp nhất thì lúc này chất này được gọi là điểm nóng chảy của
Eutectic.
b/ Các giản đồ pha tiêu biểu
b.1 Biến đổi pha sơ cấp và thứ cấp (hình 1.3)
Các vật liệu biến đổi pha (PCMs) được dựa trên nhiệt độ nóng chảy hay kết tinh có một
số tính chất bị hạn chế. Nhiệt dung riêng tích trữ của những vật liệu này là lớn hơn nhiều
so nước, gạch hay đá. Năng lượng trữ chủ yếu xảy ra tại nhiệt độ nóng chảy (melting
point), vì vậy những hệ thống này có thể được xem xét như các hệ thống tích trữ đẳng
nhiệt.
Sự kết tinh và nhiệt độ nóng chảy trong suốt q trình tích trữ sẽ là nguyên nhân làm
giảm hiệu quả tích trữ nhiệt. Việc gia tốc chu kỳ một số các thử nghiệm của vật liệu tích
trữ nhiệt ẩn đã được đề nghị để dự báo các tính chất nhiệt trong trường hợp sử dụng lâu
dài.
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 24/150
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Hình 1.3. Giản đồ pha của muối CaCl2.6H2O
Các vật liệu biến đổi pha (PCM) này được biết như: CaCl2.6H2O, Na2SO4.10H2O,
CH3COONa.3H2O, paraffin, axít stearic.
Đơi khi mức tích trữ đẳng nhiệt sẽ có những bất tiện. Nếu năng lượng được tích trữ là có
sẵn tại mức nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của vật liệu biến đổi pha
(PCM), việc tích trữ năng lượng xảy ra tại mức nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nguồn.
Một trường hợp xấu sẽ xảy ra nếu nhiệt độ nóng chảy của (PCM) là cao hơn mức nhiệt
độ của nguồn năng lượng. Do đó khơng có năng lượng được tích trữ và một lượng lớn
nhiệt bị tổn thất.
Trường hợp này có thể xảy ra khi mà nhiệt độ của môi trường vận chuyển là thấp hơn
nhiệt độ nóng chảy của (PCM).
Có 3 cách giải quyết vấn đề:
a.
Áp dụng các vật liệu có nhiệt dung riêng cao. Nhiệt dung riêng trung
bình của vật liệu rắn là 3 (kJ.dm-3.K-1), nhiệt dung riêng của nước là 4.18
(kJ.dm-3.K-1), do đó một thể tích lớn phải được quan tâm trong quá trình
tích trữ này.
HVTH: TRẦN HỮU PHƯỚC
Trang 25/150
