Nghiên cứu khả năng sử dụng năng lượng mặt trời phối hợp cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ h2o libr loại single effect
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.01 MB, 171 trang )
- trang 1 -
Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------
NGUYỄN TĂNG THÀNH
ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG
NĂNG LƯNG MẶT TRỜI PHỐI HP CẤP
NHIỆT CHO MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O-LiBr
LOẠI SINGLE EFFECT
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ NHIỆT
Mã số ngành : 60.52.80
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2005
- trang 2 -
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN 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 nhận xét 1 :
Cán bộ nhận xét 2 :
Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN
VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ….. tháng …. Năm ….
- trang 3 -
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
___________________
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO –HẠNH PHÚC
______________________________
Tp HCM, ngày 26 tháng 09 năm 2005
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên : NGUYỄN TĂNG THÀNH
Phái : Nam
Ngày, tháng, năm sinh : 10 / 11/ 1967
Nơi sinh : Quãng nam
Chuyên ngành : Công nghệ nhiệt
I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƯNG MẶT TRỜI
PHỐI HP CẤP NHIỆT CHO MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O-LiBr LOẠI SINGLE
EFFECT
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :
Nghiên cứu lựa chọn loại collector thích hợp để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ
Nghiên cứu cách tính toán lượng nhiệt có ích nhận được từ collector
Xác định loại máy lạnh hấp thụ và các thông số làm việc liên quan .
Viết chương trình tính toán Máy lạnh hấp thụ single effect và bức xạ mặt trời , chọn
nhiệt độ cấp nhiệt tối ưu
Lựa chọn phương án và sơ đồ cấp nhiệt hợp lý
Thí nghiệm khả năng cấp nhiệt của năng lượng mặt trời cho Máy lạnh hấp thụ
Tính toán số lượng collector cần thiết để cấp nhiệt theo năng suất lạnh .
Xác định phương án cấp nhiệt bổ sung , thời gian hoạt động cần phải bổ sung từ nguồn
nhiệt khác
Tính toán đánh giá hiệu quả kinh tế – kỹ thuật
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
20 / 01/ 2005
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :
26 / 09 / 2005
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :
PGS TS. LÊ CHÍ HIỆP
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH
PGS TS. LÊ CHÍ HIỆP
PGS TS. LÊ CHÍ HIỆP
BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
PGS TS. LÊ CHÍ HIỆP
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được hội đồng chuyên ngành thông qua .
Ngày tháng năm 2005
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
KHOA QUẢN LÝ NGAØNH
- trang 4 -
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi . Các số liệu kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác .
Tác giả luận văn
Nguyễn Tăng Thành
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất đến
PGS TS. LÊ CHÍ HIỆP đã tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến quan trọng
và quý giá cho nội dung luận văn .
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Công Nhân Kỹ Thuật
Nhân Đạo đã giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình tác giả hoàn thành
luận văn này .
Tác giả xin gởi lời cảm ơn đến các bạn học cùng lớp Công Nghệ Nhiệt khóa
14 đã giúp đỡ tác giả góp phần vào sự thành công của luận văn .
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân
thương và bè bạn đồng nghiệp đã động viên tác giả trong suốt thời gian thực hiện
luận văn này .
- trang 5 -
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Kết cấu luận văn gồm 7 chương , trong đó
Chương 1: Đặt vấn đề cho luận văn từ các điều kiện khách quan về tiết
kiệm năng lượng , sự phát thải khí CO 2 gây hiệu ưng nhà kính , tác hại của tác nhân
lạnh của máy lạnh nén hơi đến tầng ôzôn.
Chương 2 : Trình bày các vấn đề tổng quan về năng lượng mặt trời , tiềm
năng năng lượng mặt trời , các ứng dụng của năng lượng mặt trời và tình hình hiện
nay trên thế giới về sử dụng năng lượng mặt trời vận hành máy lạnh hấp thụ H2OLiBr .
Chương 3 : Trình bày cơ sở lý thuyết về Máy lạnh hấp thụ singgle effect ,
năng lượng bức xạ mặt trời và các loại collector . Đánh giá các loại collector , chọn
loại collector phù hợp và hiệu suất của collector ống nhiệt chân không .
Chương 4 : Các chương trình tính toán nhỏ cho máy lạnh hấp thụ H2OLiBr
Single effect và năng lượng bức xạ mặt trời . So sánh số liệu tính toán với số liệu
thực tế và chọn nhiệt độ cấp nhiệt tối ưu để hệ thống đạt hiệu suất cao nhất .
Chương 5 : Lựa chọn sơ đồ cấp nhiệt hợp lý và phương án bổ sung năng suất
lạnh . Thực hiện thí nghiệm khả năng cấp nhiệt của năng lượng mặt trời cho Máy
lạnh hấp thụ bằng máy nước nóng mặt trời . Xác định thời gian hoạt động cần phải
bổ sung từ nguồn nhiệt khác .
Chương 6 : So sánh hiệu quả kinh tế cho giải pháp thay thế điều hoà không
khí dùng điện năng bằng máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr dùng năng lượng của mặt trời
kết hợp nguồn đốt phụ . Chọn điều kiện vận hành để đạt hiệu quả kinh tế nhất .
Chương 7 : Trình bày các kết luận và kiến nghị những nghiên cứu tiếp theo .
Cuối cùng là các phụ lục mà tác giả đã trích dẫn và sử dụng trong luận văn .
- trang 6 -
MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU
1.1. Tiết kiệm năng lượng
10
1.2. Vấn đề môi trường khi sử dụng máy lạnh nén hơi
10
1.3. Đặt vấn đề cho luận văn
12
1.4. ÝÙnghóa
12
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN TÌNH HÌNH HIỆN NAY TRÊN THẾ GIỚI
VỀ SỬ DỤNG NĂNG LƯNG MẶT TRỜI VẬN HÀNH MÁY LẠNH
HẤP THỤ H2O-LiBr
2.1. Năng lượng mặt trời
13
2.2. Tiềm năng năng lượng mặt trời của Việt Nam
14
2.3. ng dụng năng lượng mặt trời cho mục đích điều hoà không khí
18
CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1. Máy lạnh hấp thụ H2O - LiBr loại Single Effect
23
3.2. Năng lượng bức xạ mặt trời
28
3.3. Các loại collector mặt trời
34
CHƯƠNG 4 : CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN
4.1. Tính toán năng lượng Bức xạ mặt trời nhận được bởi Collector
49
4.2. Tính toán máy lạnh hấp thụ
64
4.3. Khảo sát nhiệt độ nước nóng cấp nhiệt tối ưu cho máy lạnh
hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời
77
- trang 7 -
CHƯƠNG 5 : LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CẤP NHIỆT –
XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
5.1. Lựa chọn sơ đồ cấp nhiệt
81
5.2. Thí nghiệm
91
CHƯƠNG 6 : SO SÁNH HIỆU QUẢ KINH TẾ
6.1. Tính toán kinh tế 1 với máy nước nóng mặt trời
100
6.2. Tính toán kinh tế 2 với collector ống nhiệt chân không
118
6.3. Tính toán kinh tế 3 với điều kiện tốt nhất
138
6.4. Tính toán lượng giảm phát thải khí CO 2
142
CHƯƠNG 7 : CÁC KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
7.1. Các kết luận
145
7.2. Các kiến nghị
149
Tài liệu tham khảo
150
Phụ lục
153
- trang 8 -
CÁC KÝ HIỆU
b
góc nghiêng Collector
d
góc lệch của mặt trời
f
vó độ
g
góc phương vị của bề mặt khảo sát
h
hiệu suất nhiệt
q
góc tới của tia trực xạ q
qZ
góc thiên đỉnh của mặt trời
r
hệ số phản xa
t
hệ số xuyên qua bầu khí quyển của các tia mặt trời
w, wS
góc giờ mặt trời
A
độ cao của người quan sát , bình phát sinh
a
bội số tuần hoàn , góc cao độ của mặt trời
COP
hệ số hiệu quả của máy lạnh
B
bình ngưng tụ
C
bình bốc hơi
c , cW , cS
nồng độ dung dịch H2O – LiBr , loãng , đậm đặc
D
bình hấp thụ
E
bơm dung dịch
F
diện tích
G
cường độ bức xạ mặt trời ,lượng bức xạ trên 1m2 diện tích khảo
sát trong 1 giây
H
lượng bức xạ trên 1m2 diện tích khảo sát trong 1 ngày
HE
thiết bị trao đổi nhieät
- trang 9 -
I
lượng bức xạ trên 1m2 diện tích khảo sát trong 1 giờ
i
entanpi
k
hệ số truyền nhiệt , hệ số chuyển đổi nhiệt của collector
mr
lưu lượng tác nhân lạnh
n
số thứ tự ngày trong năm
p
áp suất
Q,q
nhiệt lượng
T
nhiệt độ
Ta , Th , To, Tw
nhiệt độ môi trường , cấp nhiệt , bay hơi , nước giải nhiệt
- trang 10 -
CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU
1.1. VẤN ĐỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯNG
Hiện nay năng lượng đã trở thành mối quan tâm hàng đầu của thế giới từ
nhiều thập niên qua. Nhu cầu phát triển luôn đòi hỏi năng lượng .
Nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt , các nguồn năng lượng
hoá thạch như dầu mỏ , than đá … đã và đang được khai thác triệt để , trữ lượng
đang giảm dần . Theo tính toán với nhu cầu sử dụng năng lượng như hiện nay ,
khoảng 50 năm nữa nguồn dầu mỏ có thể cạn kiệt .
Nguồn năng lượng thủy điện cũng đã được khai thác hết khả năng , tất cả các
vị trí có thể phát điện đều đã lắp đặt nhà máy phát điện.
Để bổ sung nguồn năng lượng , hiện nay có 2 xu hướng :
Một là tìm kiếm các nguồn năng lượng để thay thế nguồn năng lượng truyền
thống. Ngoài năng lượng hạt nhân , thì các nguồn năng lượng tái tạo đang
được quan tâm và phát triển .
Hai là sử dụng năng lượng 1 cách hiệu quả , hợp lý hơn , trong đó đang được
chú ý là vấn đề thu hồi nhiệt thải.
1.2. VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG KHI SỬ DỤNG MÁY LẠNH NÉN HƠI
1.2.1. Phát thải khí CO2 khi đốt các nhiên liệu hoá thạch gây hiệu ứng nhà
kính.
Việc đốt các năng lượng hoá thạch ( dầu mỏ , than đá …) sẽ phát thải vào môi
trường các khí CO, CO2 , NOx, SOx . Các khí NOx, SOx có thể gây nên mưa axít gây
ô nhiễm . Khí CO2 gây nên hiệu ứng nhà kính làm nóng tr đất .
- trang 11 -
Với dự tính dân số trên trái đất là 6 tỉ người với mức phát thải CO2 cho mỗi
người là 1 tấn CO2 / người / năm . Lượng phát thải CO2 trong 1 năm sẽ là 6 tỉ tấn
Cộng với 1 tỉ tấn CO2 / năm do phá rừng . Tổng lượng phát thải CO2 trong 1 năm sẽ
là 7 tỉ tấn / năm . Tương đương với tăng 1 % trong 1 năm ( lượng CO2 trong bầu khí
quyển hiện nay là 700 tỉ tấn ) .
Tới năm 2100 lượng CO2 trong bầu khí quyển sẽ tăng gấp đôi . Hậu quả là làm
biến đổi khí hậu , băng tan và mực nước biển tăng lên .
Nếu việc phát thải khí CO2 như hiện nay thì hậu quả về môi trường rất là
nghiêm trọng . Dự kiến tới năm 2100 nhiệt độ trái đất có thể tăng thêm 5.6oC , mực
nước biển có thể tăng khoảng 0.88 m và khoảng 1/3 diện tích đất liền sẽ chìm trong
nước .
Hiện nay hiệp định KYOTO về giảm phát thải khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính
đang được các nước xúc tiến ký kết để giảm mức phát thải xuống bằng năm 1990.
Việc này đồng nghóa với việc phải giảm sử dụng các nguồn năng lượng hoá thạch
và thay vào đó là các nguồn năng lượng tái tạo. Theo tài liệu [8]
1.2.2. Tác hại suy giảm tầng ôzôn của tác nhân lạnh sử dụng trong các
máy lạnh kiểu nén hơi
Trong kỹ thuật lạnh và điều hoà không khí hiện nay , các loại máy lạnh kiểu
nén hơi vẫn còn chiếm 1 tỷ trọng đáng kể , loại máy lạnh hấp thụ vẫn còn chưa
được sử dụng ở nhiều quốc gia.
Các máy lạnh kiểu nén hơi sử dụng các loại tác nhân lạnh hiện nay ít hay
nhiều đều gây nên hiệu ứng suy giảm tầng ôzôn và hiệu ứng nhà kính làm nóng trái
đất . Các loại tác nhân lạnh thay thế dù có giải quyết được vấn đề làm suy giảm
tầng ôzôn nhưng hiệu ứng nhà kính vẫn chưa giải quyết được .
- trang 12 -
CÁC VẤN ĐỀ KHÁC
p lực của việc thiếu năng lượng điện cho nhu cầu phát triển buột các quốc
gia phải tìm các nguồn năng lượng khác để thay thế . Năng lượng mặt trời là 1 trong
các lựa chọn .
Đối với việc sử dụng Năng lượng mặt trời cho nhu cầu điều hoà không khí có
thuận lợi là Năng lượng mặt trời đồng biến với nhu cầu điều hoà không khí.
Collector có thể dễ dàng biến đổi trực tiếp Năng lượng mặt trời thành nước
nóng để cấp cho máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr loại Single Effect . Hiện nay công
nghệ chế tạo máy lạnh hấp thụ và collector đã rất hoàn thiện và phát triễn .
1.3. ĐẶT VẤN ĐỀ CHO LUẬN VĂN
Trên các cơ sở đó luận văn này nhằm nghiên cứu phương án sử dụng phối hợp
năng lượng mặt trời với một nguồn đốt phụ ( có thể là gas , dầu … ) để cấp nước
nóng cho Máy Lạnh Hấp Thụ H2O-LiBr loại Single Effect cho mục đích điều hoà
không khí .
Phương án này nếu thực hiện được có thể tiết kiệm năng lượng và góp phần
giải quyết vấn đề môi trường .
Luận văn cũng nhằm đánh giá tính khả thi về kinh tế và kỹ thuật của 1 phương
án cụ thể , so sánh với phương án dùng điện năng và đưa ra kết luận trung thực và
khách quan .
1.4. ÝÙNGHĨA
Luận văn có ý nghóa đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật và về mặt kinh tế
của phương án sử dụng năng lượng mặt trời cấp nhiệt cho Máy Lạnh Hấp Thụ , và
cung cấp thêm một vài thông tin cho các nghiên cứu sau này .
- trang 13 -
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN TÌNH HÌNH HIỆN NAY TRÊN
THẾ GIỚI VỀ SỬ DỤNG NĂNG LƯNG MẶT TRỜI VẬN
HÀNH MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O-LiBr
2.1. NĂNG LƯNG MẶT TRỜI
Mặt trời là một lò phản ứng hạt nhân khổng lồ . Mặc dù theo lý thuyết thì đến
một ngày nào đó thì mặt trời sẽ không tồn tại nữa , nhưng thời gian là rất lớn nên
có thể nói đây là nguồn năng lượng gần như là vô tận.
Có 1 vấn đề thú vị là hầu hết các nguồn năng lượng được sử dụng ( ngoài trừ
năng lượng hạt nhân ) đều xuất phát từ Mặt trời : Năng lượng thuỷ điện , năng
lượng hoá thạch, năng lượng gió, năng lượng sóng, năng lượng thuỷ triều, năng
lượng địa nhiệt …
Năng lượng mặt trời truyền đến trái đất dưới dạng tia bức xạ . Bức xạ mặt trời
đến bên ngoài bầu khí quyển khá ổn định . Năng lượng bức xạ mặt trời nhận được
trên một bề mặt có diện tích 1m2 đặt bên ngoài bầu khí quyển và thẳng góc với tia
tới là khoảng 1353W/m2 ( còn gọi là hằng số mặt trời ).
Khi tia bức xạ mặt trời xuyên qua bầu khí quyển để tới bề mặt trái đất , do ảnh
hưởng của bầu khí quyển và các vật thể li ti có trong bầu khí quyển cho nên các tia
mặt trời sẽ phải chịu hiện tượng hấp thụ và phản xạ . Kết quả là càng đến gần bề
mặt trái đất , cường độ tia bức xạ sẽ càng giảm .
Nói chung năng lượng bức xạ mặt trời tuỳ thuộc rất nhiều vào vị trí địa lý của
nơi khảo sát . Trong đó Việt nam là vùng nhiệt đới nắng , nóng có rất nhiều tiềm
năng về Năng lượng bức xạ mặt trời .
Theo tài liệu [4]
- trang 14 -
2.2. TIỀM NĂNG NĂNG LƯNG MẶT TRỜI
2.2.1. Tiềm năng năng lượng mặt trời của Việt Nam
Việt nam là vùng nhiệt đới nắng , nóng có rất nhiều tiềm năng về Năng lượng
bức xạ mặt trời
Dưới đây là các số liệu tổng bức xạ trung bình /ngày suốt 12 tháng tại 12 địa
điểm khảo sát trên lãnh thổ Việt Nam (Theo tài liệu [10])
Bảng 2.1 Tổng lượng bức xạ mặt trời trung bình / ngày trong 12 tháng (KWh/m2)
KHU VỰC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Năm
CAO BẰNG
2.2 2.4 3.0 4.0 5.3 5.3 5.9 5.8 5.2 4.2 3.2 2.8 4.1
SÔN LA
2.9 3.6 4.2 4.7 5.1 4.9 4.8 4.7 4.8 4.4 3.7 3.2 4.3
QUAÛNG NINH
2.1 2.2 2.5 2.5 4.6 4.0 3.9 4.3 4.4 3.8 3.6 3.0 3.4
VĨNH PHÚ
1.9 2.0 2.4 3.4 5.2 5.5 5.3 5.1 4.7 4.1 3.3 2.8 3.8
HÀ NỘI
2.1 2.2 2.3 3.3 5.3 5.5 5.7 5.2 4.8 4.1 3.4 3.0 3.9
NGHỆ TĨNH
1.8 2.2 2.0 3.3 5.1 5.3 5.7 4.7 4.0 3.1 2.0 2.0 3.4
PLEYCU
5.8 7.0 7.5 5.8 6.2 4.6 4.7 3.4 4.5 4.7 5.6 5.5 5.4
ĐÀ NẴNG
3.5 4.3 5.2 5.8 6.4 5.9 6.5 5.7 5.2 4.2 3.0 2.5 4.8
TP. HCM
5.1 6.3 6.6 5.7 5.0 4.9 5.1 5.0 4.8 4.5 4.3 4.6 5.2
HAÄU GIANG
4.7 5.5 5.9 5.6 4.5 4.2 4.6 4.2 4.2 3.9 4.2 4.4 4.7
CAØ MAU
5.3 5.5 6.2 5.3 4.1 4.2 4.3 4.2 4.3 4.2 4.4 4.3 4.6
PHÚ QUỐC
5.0 5.5 5.7 5.6 4.9 4.3 4.4 4.1 4.3 4.6 4.8 4.9 4.8
- trang 15 -
Bảng 2.2 : Số giờ nắng trung bình / ngày trong 12 tháng ( giờ / ngày)
KHU VỰC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Năm
CAO BẰNG
1.9 2.0 2.4
3.7 5.3 4.5 5.4 5.6 5.5 4.2 3.6 2.9 3.9
HÀ NỘI
2.2 1.6 1.4
2.7 5.3 5.2 5.9 5.3 5.4 5.3 4.2 3.5 4.0
NGHỆ TĨNH
2.6 1.7 2.3
4.6 7.3 6.7 7.6 5.8 5.2 4.6 3.2 2.8 4.5
ĐÀ NẴNG
4.4 5.1 3.4
6.9 8.3 7.9 8.3 6.7 5.8 4.7 4.0 3.6 5.8
TP. HCM
7.9 8.8 8.8
7.7 6.3 5.7 5.8 5.6 5.4 5.9 6.7 7.2 6.8
HAÄU GIANG
8.3 8.9 9.3
8.8 6.9 5.9 6.0 5.8 5.6 5.7 6.3 6.7 7.0
Ở các tỉnh phía Nam số giờ nắng trung bình trong ngày khoảng 6.5 giờ , cường
độ tổng lượng bức xạ trung bình ngày trong 12 tháng đạt 5 KWh/m2 ngày . Từ mùa
khô chuyển sang mùa mưa tổng lượng bức xạ trung bình giảm khoảng 20% .Ở các
tỉnh phía Bắc số giờ nắng trung bình chỉ đạt 4.1 giờ /ngày và cường độ bức xạ trung
bình khoảng 4 KWh/m2 ngày .
Một cách khái quát thì lượng bức xạ mặt trời ở các tỉnh phía Bắc giảm 20% so
với các tỉnh miền Trung và miền Nam . Nếu xem xét cụ thể ở 1 số tỉnh thì sự
chênh lệch này càng lớn có thể lên đến 50% .
Điều quan trọng nữa là ở các tỉnh phía Bắc lượng bức xạ mặt trời không phân
phối đều trong năm . Vào mùa đông , mùa xuân mưa phùn kéo dài hàng chục ngày
liên tục và nguồn bức xạ mặt trời dường như không đáng kể chỉ còn khoảng 1 - 2
KWh/m2 ngày . Còn đối với các tỉnh phía Nam và thành phố Hồ Chí Minh mặt trời
chiếu rọi quanh năm , ổn định kể cả vào mùa mưa .
Có thể kết luận rằng bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên to lớn của các
tỉnh miền Trung và miền Nam trong đó có thành phố Hồ Chí Minh.
- trang 16 -
TỔNG BỨC XẠ MẶT TRỜI TRUNG BÌNH / NGÀY
7
6
KWh/m2
5
4
HÀ NỘ I
ĐÀ NẴNG
TP. HCM
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Thán g
Hình 2.1
Đồ thị bức xạ mặt trời (KWh/m2.ngày)
2.2.2. Tiềm năng năng lượng mặt trời của thành phố Hồ Chí Minh
Thành phố Hồ Chí Minh có tiềm năng năng lượng mặt trời rất lớn . Cường độ
bức xạ mặt trời trung bình khá cao : 5.2 KWh/m2/ngày , cao nhất là 6.6
KWh/m2/ngày vào tháng 3 và thấp nhất là 4.3 KWh/m2/ngày vào tháng 11 trong
mùa mưa . Số giờ nắng khá cao là 2299 giờ / năm . Đó là điều kiện cho việc ứng
dụng năng lượng mặt trời đạt hiệu quả cao .
Dưới đây là số liệu số giờ nắng trung bình hàng ngày tại Thành phố Hồ Chí
Minh theo các tháng (Theo tài lieäu [1])
- trang 17 -
Bảng 2.3 : Số giờ nắng trung bình hàng ngày tại Thành phố Hồ Chí Minh
theo tháng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1994
6.9
8.1
6.9
7.4
5.8
5.3
5.0
5.8
4.1
5.1
7.0
5.9
1995
6.8
8.4
7.3
8.4
6.3
6.2
6.0
4.8
3.1
5.2
4.0
4.9
1996
4.7
6.7
8.3
7.0
5.7
5.3
3.9
5.2
3.6
3.6
4.0
3.2
1997
5.7
5.2
7.0
6.6
6.5
5.4
3.9
5.4
4.5
6.1
5.8
7.2
1998
8.0
8.1
9.7
7.6
6.1
5.4
5.9
5.8
4.5
3.8
4.1
4.2
1999
5.3
6.9
7.8
5.2
5.4
5.0
4.6
5.4
6.0
4.7
5.4
4.9
2000
6.2
6.7
6.0
6.4
5.9
5.4
5.4
4.5
6.0
3.4
5.5
4.4
2001
5.6
6.0
6.5
6.5
6.6
4.9
6.4
4.6
6.1
4.4
4.5
5.8
2002
6.7
8.0
8.4
8.0
7.7
5.4
6.0
4.6
5.3
5.8
5.8
6.5
2003
7.0
7.8
8.2
8.3
4.4
6.9
5.4
5.8
5.4
4.4
5.6
4.7
Trung
6.3
7.2
7.6
7.1
6.0
5.5
5.3
5.2
4.9
4.7
5.2
5.2
bình
Qua bảng số liệu ta thấy mùa nắng ( mùa khô ) kéo dài từ tháng giêng đến
tháng 5 , hàng ngày có trên 6 giờ nắng . Mùa mưa gồm tháng 6 đến tháng 12 có ít
nắng hơn mùa khô , đặc biệt 3 tháng 8,9,10 có ít giờ nắng nhất . Mặt khác mây mùa
mưa thường dày hơn mây mùa nắng do đó bức xạ mặt trời giảm đáng kể trong mùa
mưa . Biên độ thay đổi giờ nắng hàng ngày giữa tháng nắng nhất và tháng mưa nhất
tính theo số liệu bảng là [( 7,6 – 4,9)/4,9] x 100% = 55% .
- trang 18 -
2.3. ỨNG DỤNG NĂNG LƯNG MẶT TRỜI CHO MỤC ĐÍCH ĐIỀU HOÀ
KHÔNG KHÍ
2.3.1. ng dụng năng lượng mặt trời cho mục đích điều hoà không khí
Việc sử dụng năng lượng mặt trời cho mục đích làm lạnh và điều hòa không
khí có thuận lợi là nhu cầu sử dụng lạnh đồng biến với cường độ bức xạ mặt trời
nhận được . Tuy nhiên do mâu thuẩn giữa giá thành và hiệu quả kinh tế mang lại
cho nên trong một thời gian dài vẫn chưa được ứng dụng nhiều trong thực tế .
Mặc dù vậy , bằng các nổ lực không ngừng của các nhà nghiên cứu , việc ứng
dụng năng lượng mặt trời để làm lạnh và điều hòa không khí càng ngày càng chứng
tỏ tính cấp thiết và khả thi , nhất là ở các nước có điều kiện thiên nhiên thuận lợi
như Việt Nam .
Những năm gần đây , do những yêu cầu về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ
môi trường , phương án này hiện đang là một trong các hướng được ưu tiên khuyến
khích phát triễn .
2.3.2. Tình hình hiện nay trên thế giới về sử dụng năng lượng mặt trời vận
hành máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr
Cần phải nói rằng hiện nay hệ thống máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng
mặt trời chưa phải là sản phẩm công nghiệp hoàn chỉnh mà vẫn còn đang trong
giai đoạn nghiên cứu phát triễn .
Các công trình nghiên cứu, thử nghiệm tập trung ở các trường đại học của
các nước phát triễn , dưới đây sẽ trình bày 1 số nghiên cư gặp được .
a. Hệ thống tại Cabo Rojo, Puerto Rico : Tài liệu [13]
Do trường Đại học Puerto Rico nghiên cứu và lắp đặt . Hệ thống cấp nhiệt
năng lượng mặt trời gồm 66 collector tấm phẳng với diện tích 115,4 m2 , maùy
- trang 19 -
lạnh hấp thụ H2O-LiBr Singgle Effect có năng suất lạnh 35 KW , tháp giải nhiệt
có năng suất 84KW , bình chứa nước nóng có dung tích 5700 lít và AHU có lưu
lượng 1800lít / giờ .
Hình 2.2
Sơ đồ hệ thống máy lạnh hấp thụ mặt trời ở Cabo Rojo, Puerto Rico
b. Hệ thống tại Treptow Berlin ( Đức ) Tài liệu [14]
Được Đại học Kỹ thuật Berlin thiết kế và lắp đặt với năng suất lạnh nhỏ ( bé
hơn 30 KW ) với mục đích làm lạnh cho các văn phòng làm việc , sử dụng máy
lạnh hấp thụ H2O-LiBr Singgle Effect .
Do trên thị trường châu u không có máy lạnh hấp thụ ở công suất bé hơn 30
KW nên các nhà nghiên cứu đã thiết kế riêng máy lạnh hấp thụ 10 KW cấp nhiệt
bằng nước nóng .
- trang 20 -
Thông số của Máy lạnh hấp thụ của ĐỨC cấp nhiệt bằng nước nóng có năng
suất lạnh 10 KW cho ở hình sau
Hình 2.4
Máy lạnh hấp thụ cấp nhiệt bằng nước nóng của Đức
Một hệ thống hoàn chỉnh đã được sử dụng từ tháng 8/ 2003 để làm lạnh văn
phòng ở Phonix Sonnen Warme AG ( Berlin Treptow ) . Theo các kết quả nghiên
cứu thì sử dụng các collector thu năng lượng mặt trời là các collector phẳng sẽ hiệu
quả kinh tế hơn .
Hình 2.3
Sơ đồ hệ thống máy
lạnh hấp thụ mặt trời ở Treptow
Berlin ( Đức )
- trang 21 -
c. Hệ thống của Đại hoc Jordan Tài liệu [4]
Do các nhà nghiên cứu của đại học Jordan thiết kế và thử nghiệm .
Các collector tấm phẳng có diện tích tổng cộng 14m2 được bố trí làm 2 dãy ,
mỗi dãy gồm 6 collector được ghép nối tiếp với nhau . Mục đích của việc ghép nối
tiếp là để gia tăng nhiệt độ nước nóng cấp cho máy lạnh hấp thụ .
Nhiệt độ nước nóng ra khỏi collector có thể đạt 75 – 100 oC
Thời gian thử nghiệm từ 11h – 15 h , theo kết quả thử nghiệm tỉ số năng suất
lạnh /m2 collector dao động từ 0,3 – 0,7 Kw/m2 collector .
d. Hệ thống của dự án SOLHEATCOOL. Tài liệu [15]
Mục đích của dự án là nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời để làm mát các
tòa nhà vào mùa hè
Sử dụng máy lạnh hấp thụ Singgle Effect làm việc với dung dịch H2O-LiBr .
Nước nóng được cấp từ 2 loại collector mặt trời khác nhau là collector dạng tấm
phẳng và collector dạng ống rút chân không .
Diện tích collector là 62 m2 , thể tích thùng chứa 500 lít , năng suất lạnh 10
KW . Nhiệt độ nước nóng vào và ra khỏi collector 75,5 oC và 82,5 oC , lưu lượng
3100 lít/h . . Nhiệt độ nước nóng vào và ra khỏi bình phát sinh 82 oC và 78 oC , lưu
lượng 3300 lít/h .
2.3.3. Đánh giá
Việc sử dụng năng lượng mặt trời cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ hiện nay
trên thế giới không có sản phẩm công nghiệp mà vẫn còn đang trong quá trình
nghiên cứu và thử nghiệm . Chủ yếu chỉ tìm gặp được các hệ thống ở dạng thử
nghiệm và nghiên cứu của các trường đại học và một số dự án .
- trang 22 -
Việc áp dụng vào thực tế có thể gặp nhiều khó khăn và không đạt hiệu quả
kinh tế .
Các nguyên nhân có thể là :
Giá thành Collector quá cao
Nhiệt độ tạo được từ năng lượng mặt trời không cao làm hệ số hiệu quả COP
của máy lạnh hấp thụ thấp và hiệu quả hệ thống thấp .
Diện tích cần thiết để lắp đặt collector quá lớn
Lắp đặt và vận hành hệ thống phức tạp hơn nhiều so với máy lạnh nén hơi
- trang 23 -
CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1. MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O - LiBr LOẠI SINGLE EFFECT
Năng lượng mặt trời tuy số lượng thì có nhiều nhưng nhiệt độ thì không cao
lắm nếu sử dụng các loại Collector thông thường ( không sử dụng các Collector tập
trung ) . Do đó chỉ phù hợp cấp nhiệt cho loại Single Effect . Trong giới hạn của
luận văn này chỉ đề cập đến máy lạnh hấp thụ H2O - LiBr loại Single Effect
3.1.1. Sơ đồ
Sơ đồ nguyên lý của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr loại Single Effect được trình
bày ở hình 3.1
Trong sơ đồ này ta gọi A là bình phát sinh ( Generator ) , B là bình ngưng tụ
( Condenser ), C là bình bay hơi ( Evaporator ), D là bình hấp thụ (Absorber), HE là
thiết bị trao đổi nhiệt, E là bơm dung dịch .
3.1.2. Hoạt động :
Quá trình thực hiện của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr dựa trên đặc tính của
dung dịch H2O-LiBr ở nhiệt độ thấp nó hấp thụ hơi nước rất mạnh , còn ở nhiệt độ
cao lại giải phóng hơi nước đã hấp thụ . Dựa vào đặc tính này để hoàn thành chu
trình công tác .
Dung dịch loãng trong bình hấp thụ D được bơm qua bộ trao đổi nhiệt HE vào
bình phát sinh A , dung dịch được hơi nước gia nhiệt , vì nước có nhiệt độ sôi rất
thấp so với LiBr do đó dung dịch loãng đươc gia nhiệt đến nhiệt độ nhất định nước
sẽ bay hơi . Hơi tác nhân lạnh ở trạng thái quá nhiệt bay ra từ bình phát sinh và vào
bình ngưng tụ B được là mát bằng nước giải nhiệt và ngưng tụ lại thành lỏng tác
nhân lạnh
- trang 24 -
Lỏng tác nhân lạnh đi qua ống tiết lưu chữ U vào bình bay hơi C và được bơm
lên phun thành giọt nhỏ trên bề mặt chùm ống bay hơi
Nước tác nhân lạnh hấp thu nhiệt của nước cần làm lạnh và bay hơi , hơi nước
tác nhân lạnh đi qua tấm chắn phân ly nước rồi đi xuống bình hấp thụ D . Dung dịch
trung gian trong bình hấp thụ được bơm đẩy phun nhỏ giọt để hấp thụ hơi tác nhân
lạnh và trở thành dung dịch loãng , trong quá trình hấp thụ cósản sinh ra nhiệt nên
cần phải làm mát bình hấp thụ .
2
7
Nước làm
mát
B
Nguồn
A
6
2'
HE : Bộ trao đổi
nhiệt
3
5
3"
Nước cần làm
lạnh
Nước làm mát
C
Hình 3.1
D
4
E: Bơm
Sơ đồ nguyên lý của MLHT H2O-LiBr loại Single-Effect
A: Bình phát sinh ; B: Bình ngưng ; C: Bình bốc hơi ; D: Bình hấp thụ.
- trang 25 -
3.1.3. Biểu diễn quá trình
a. Biểu diễn quá trình trên đồ thị i-c
Enthalpy
pK =
2
con
p0 =
st
st
con
Hình 3.2 Đồ thị i – c
của Máy lạnh hấp thụ
3"
H2O – LiBr Single Effect
3º2'
1
6
3'
pK = const
7
p0 = const
4
5*
0
Cw
Ci
1
Cs
(H2O)
(LiBr)
=
0
lg p
C
Cw
2
1
Hình 3.3 Đồ thị log p
=
t
ns
co
Cs
=
co
ns
t
6
– T của Máy lạnh hấp
thụ H2O – LiBr Single
Effect
3
4
5*
Vùng kết tinh
Nhiệt độ dung dịch
Nhiệt độ bão hòa của hơi nước
b. Biểu diễn trên đồ thị lg p-T và giản đồ Duhring :
