Luận văn thạc sĩ 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------------

hoàng an quốc

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

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

đà n½ng - 2009


Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
ĐạI HọC Đà NẵNG
------------o0o--------------

hoàng an quốc

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
Chuyên ngành: Công nghệ và Thiết bị lạnh
MÃ số: 62.52.80.05

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


Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các
số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và cha từng đợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án

HOàNG AN QUốC


Mục lục
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
Mở đầu

1. Tính cấp thiết của đề tài

2. Mục đích nghiên cứu

3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu

4. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5. Bố cục của luận án
Chơng 1 Tổng quan
1.1 Tổng quan về điều hoà không khí bằng năng lợng mặt trời.

1.1.1 Các công trìn

1.1.2Các công trình
1.2 Tổng quan về bộ thu năng lợng mặt trời kiểu ống nhiệt 15

1.2.1 Các công trình nghiên cứu về ống nhiệt mặ

1.2.2 Các công trình nghiên cứu về ống nhiệt mặ


1.3

1.4

1.5

Nhiệm vụ và phơng pháp nghiên cứu của luận án
1.3.1

Nhiệm vụ của lu

1.3.2

Phơng pháp ngh

Tổng quan về năng lợng mặt trời
1.4.1

Bức xạ tổng xạ......

1.4.2

Tích số (DA)

1.4.3

Bức xạ mặt trời

1.4.4

Năng lợng mặt tr

Tổng quan về ống nhiệt trọng trờng
1.5.1

Cấu tạo và nguyê

1.5.2

Phân loại ống nh

1.5.3

Công suất và cá

trờng.
Chơng 2 tính toán bộ thu nLMT kiểu ống nhiệt
2.1

Bộ thu năng lợng mặt trời kiểu ống nhiệt tấm phẳng
2.1.1

Cấu tạo của bộ t

2.1.2

Các giả thiết khi

2.1.3

Phơng trình cân


2.1.4 HiƯu st cđa bé thu kiĨu èng nhiƯt tÊm phẳng.. 39

2.1.5 Xác định các đại lợng. 41
2.1.6 Tính chọn kích thớc của bộ thu... 42
2.2 Bộ thu Năng lợng mặt trời kiểu ống nhiệt ống chân không .. 44

2.2.1 Cấu tạo của bộ thu .. 44
2.2.2 Phơng trình cân bằng năng lợng .. 45
2.2.3 Hiệu suất của bộ thu ống nhiệt ống chân không .. 47

2.2.4 Xác định các đại lợng 47

2.2.5 Tính chọn kích thớc của bộ thu . 49
2.3 Lập chơng trình tính toán . 50

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

2.3.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm

2.3.5 Nhận xét
Chơng 3 Nghiên cứu thực nghiệm bộ thu năng lợng mặt
trời kiểu ống nhiệt


3.1 ảnh hởng của lợng nạp đến chế độ hoạt động của ống nhiệt

3.1.1 Mô tả thí nghiệ

3.1.2 Kết quả tính to

3.1.3 Kết luận
3.2 Nghiên cứu thực nghiệm các loại bộ thu kiểu ống nhiệt

3.2.1 Giới thiệu các loạ

3.2.2 Mô hình thực ng

3.2.3 Nghiên cứu thực

a. Mô tả thí ng
b. Kết quả thí

3.2.4 Nghiên cứu thực

a. Mô tả thí ng
b. Kết quả thí
3.2.5 Nghiên cứu thực

a. Mô tả thí ng
b. Kết quả thí

3.2.6 Nghiên cứu thực


a. Mô tả thí nghiệm ...
b. Kết quả thí nghiệm .. .
3.2.7 Nghiên cứu thực nghiệm đối với bộ thu loại 2-B .
a. Mô tả thí nghiệm ..
b. Kết quả thí nghiệm ....
3.2.8 So sánh hiệu suất của các loại bộ thu
3.3 ảnh hởng của lu lợng nớc đến hiƯu st cđa bé thu kiĨu èng nhiƯt ….86

3.4

So s¸nh hiệu suất của các bộ thu bằng thực nghiệm và bằng

thuyết Nhận xét kết quả thực nghiệm .
3.4.1

So sánh hiệu suấ

3.4.2

So sánh hiệu suấ

3.4.3

Nhận xét kết q

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CứU MÔ PHỏNG Hệ THốNG ĐIềU HOà KHÔNG
KHí BằNG NĂNG Lợng mặt trời
4.1

4.2

Giới thiệu phần mềm mô phỏng
4.1.1

Chơng trình xác

4.1.2

Chơng trình xá

Các kết quả tính toán trên máy tính
4.2.1

Khảo sát sự thay đ

4.2.2 Khảo sát sự thay đổi năng suất lạnh theo diện tích bộ thu . 101
4.2.3 Khảo sát hệ số FNP và năng lợng hỗ trợ theo diện tích bộ thu .104

4.2.4 Nhận xét kết quả tính toán...105

Chơng 5

Nghiên cứu thực nghiệm hệ thống cấp nhiệt phối

hợp cho máy lạnh hấp thụ .
5.1

Mục đích thí nghiệm ..

5.2

Mô hình thực nghiệm và phơng pháp đánh giá sai số

5.2.1 Mô hình thực nghiệm

5.2.2 Dụng cụ đo và phơng pháp đánh giá sai số
5.3

Kết quả thí nghiệm

5.4

Nhận xét

Kết luận - Kiến nghị
Danh mục các công trình của tác giả
TàI liệu tham khảo..
Phụ lục


DANH MụC CáC Ký HIệU Và CHữ VIếT TắT
1.

Các chữ viết tắt :

ashrae American Society of Heating, Refrigerating, and Air-

-con
COP

Coe

FNP

Frac

HP

Hea

IEC

The

IIR

The

KIER

Kor

MLHT

Máy

NLMT

Năn

STR

Sys

NNSH

Nớc
2. C¸c ký hiƯu:

Ký hiƯu
A

C

D

d, D
E
F
F/Q
Γ'

G
g
J
k
K
L


N
n
Q
q
R
R
R
r
S
T

3. Các chỉ số chân:
1

trạng thái đầu, vào

2

trạng thái cuối, ra

a

âm thanh, môi trờng, hấp thụ

b

bên, trực xạ

c, C ngng tụ, lôi cuốn
đáy, tán xạ
e, E sôi, bay hơi
d

tb

trung bình


v

hơi

hp

ống nhiệt

p

cánh

tt

hi

tổng

hữu ích

sinh hơi, ống thuỷ
tinh aux hỗ trợ
g

load phụ tải
in,e

bên trong phần sôi

n

nớc

max lớn nhất
pđẳng áp, tấm hấp thụ
tbề mặt trên, nhiệt độ
R lấy nhiệt ( R hệ số lấy nhiệt của bộ

thu) w nguồn lạnh, nớc cần gia nhiệt
znguồn nhiệt đốt nóng
sc
f

bộ thu năng lợng mặt trời
cánh

l

nớc, chất lỏng

ng

ngang, ngoài

Các ký hiệu khác đợc giải thích theo tõng ch¬ng.

Danh mục các hình vẽ

Hình 1.1: Sơ đồ các công nghệ điều hoà không khí bằng năng lợng
mặt trời
Hình 1.2: Sơ đồ máy lạnh hấp thụ dùng năng lợng mặt trời
Hình 1.3: Phân bổ chi phí thiết bị trong hệ thống ĐHKK bằng NLMT
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý bộ thu NLMT kiểu ống nhiệt ống chân không
Hình 1.5: Sơ đồ phân bố các thành phần bức xạ khuếch tán
Hình 1.6: Các thành phần bức xạ lên bề mặt nghiêng
Hình 1.7: Bức xạ trực xạ trên bề mặt nằm ngang và nghiêng
Hình 1.8: Quá trình hấp thụ bức xạ mặt trêi cđa bé thu kiĨu lång kÝnh

H×nh 1.9: Sù phơ thuộc của
Hình 1.10: Bức xạ mặt trời trung bình ngày của các tháng
Hình 1.11: Số giờ nắng trung bình ngày của các tháng ở một số tỉnh
phía nam
Hình 1.12: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của ống nhiệt
Hình 2.1: Bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng
Hình 2.2: Nguyên lý cấu tạo bộ thu NLMT kiểu tấm phẳng
Hình 2.3: Mô tả cân bằng năng lợng trên phần tử cánh của ống nhiệt
Hình 2.4: Sơ đồ phân bố nhiệt độ trên phần tử cánh
Hình 2.5: Hiệu suất cánh của bộ thu dạng ống - tấm
Hình 2.6: Bộ thu NLMT dạng ống nhiệt ống chân không có gơng phản xạ
Hình 2.7: Biên dạng gơng phản xạ của bộ thu kiểu ống nhiệt nằm nghiêng
Hình 2.8: Lu đồ thuật toán
Hình 2.9: Giao diện chính phần mềm tính toán bộ thu ống nhiệt
Hình 2.10: Giao diện phần mềm tính toán bộ thu èng nhiƯt tÊm ph¼ng

Hình 2.11:

Giao di

Hình 2.12:

So sán

Hình 2.13: So sánh kết quả tính toán từ phần mềm với hiệu suất của bộ thu của

Viện nghiên cứu Năng lợng Hàn Quốc
Hình 3.1: - (a) Sơ đồ bố trí thiết bị đo; - (b) Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Hình 3.2: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỷ số nạp bằng 20%
Hình 3.3: NhiƯt ®é ë chÕ ®é khëi ®éng khi tû số nạp bằng 30%
Hình 3.4: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỷ số nạp bằng 40%
Hình 3.5: Nhiệt ®é ë chÕ ®é khëi ®éng khi tû sè n¹p bằng 50%
Hình 3.6: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỷ số nạp bằng 20%, 30%, 50%
Hình3.7: ảnh hởng của tỷ số nạp đến nhiệt độ tmax
Hình 3.8: Sơ đồ thí nghiệm xác định các thông số đặc trng của bộ thu
Hình 3.9. Bản vẽ chi tiết của ống nhiệt mặt trời
Hình 3.10: Toàn thể mô hình thí nghiệm
Hình 3.11: Kết quả thí nghiệm ngày 12/4/2007 của bộ thu loại 1-A
Hình 3.12: Đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu Loại 1-A
Hình 3.13: Đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu Loại 1-B
Hình 3.14: Đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu Loại 1-C
Hình 3.15: Sơ đồ bố trí của bộ thu loại 2-A
Hình 3.16: Kích thớc bố trí ống
Hình 3.17: Kết quả thí nghiệm ngày 19/8/2007 của bộ thu loại 2-A
Hình 3.18: Đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu Loại 2-A
Hình 3.19: Cấu tạo bộ thu ống nhiệt tấm phẳng loại 2-B

Hình 3.20: Kết quả thí nghiệm ngày 25/8/2007 của bộ thu loại 2-B
Hình 3.21: Đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu Loại 2-B
Hình 3.22: So sánh hiệu suất các loại bộ thu
Hình 3.23: ảnh hởng của lu lợng nớc đến hiệu suất của bộ thu
Hình 3.24: So sánh hiệu suất của bộ thu ống nhiƯt tÊm ph¼ng


Hình 3.25: So sánh hiệu suất của bộ thu ống nhiệt ống chân không
Hình 4.1: Giao diện chính, các thông số đầu vào
Hình 4.2: Giao diện các thông số cần tính toán
Hình 4.3: Các thông số nhiệt động tại các điểm đặc trng của MLHT
Hình 4.4: Các kết quả tính toán các phụ tải nhiệt
Hình 4.5: Giao diện kết quả tình toán năng suất lạnh và hệ số COP
Hình 4.6: Giao diện kết quả tính diện tích của hệ thống
Hình 4.7: Giao diện chính, các thông số đầu vào
Hình 4.8: Các thông số nhiệt động tại các điểm đặc trng của MLHT
Hình 4.9: Các kết quả tính toán các phụ tải nhiệt
Hình 4.10: Năng suất lạnh của máy lạnh hấp thụ
Hình 4.11: Cờng độ bức xạ mặt trời đo đợc của ngày 14/04/2005
Hình 4.12: Sự thay đổi năng suất lạnh theo giờ trong ngày
Hình 4.13: Công suất lạnh phụ thuộc vào diện tích bộ thu ống nhiệt
ống chân không
Hình 4.14: Công suất lạnh phụ thuộc vào diện tích bộ thu ống nhiệt tấm phẳng

Hình 4.15: Hệ số FNP và năng lợng hỗ trợ phụ thuộc vào diện tích
bộ thụ
Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống thực nghiệm
Hình 5.2: Tần suất xuất hiện cờng độ bức xạ mặt trời trong năm ë
Tp.HCM

Danh mục các bảng

Bảng 1.1: Các kết quả nghiên cứu về hệ thống ĐHKK bằng NLMT
Bảng 1.2: Tỷ số F / Q của các dự án điều hoà không khí bằng NLMT
Bảng 1.3: Đặc tính hoạt động của một số loại ống nhiệt
Bảng 2.1: Thông số chuẩn của bộ thu NLMT kiều ống nhiệt
Bảng 2.2: Thông số làm việc của bộ thu NLMT kiểu ống nhiệt
Bảng 2.3: Các thông số cần tính toán
Bảng 3.1: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỷ số nạp bằng 20%
Bảng 3.2: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỷ số nạp bằng 30%
Bảng 3.3: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỷ số nạp bằng 40%
Bảng 3.4: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỷ số nạp bằng 50%
Bảng 3.5: ảnh hởng của tỷ số nạp đến nhiệt độ tmax
Bảng 3.6: Đặc tính kỹ thuật của một số loại bộ thu NLMT kiĨu èng nhiƯt
B¶ng 3.7: KÕt qu¶ thÝ nghiƯm ngày 12/4/2007 của bộ thu loại 1-A
Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm ngày 9-12/4/2007 của bộ thu loại 1-A
Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm ngày 13-16/4/2007 của bộ thu loại 1-B
Bảng 3.10: Kết quả thí nghiệm ngày 17-20/4/2007 của bộ thu loại 1-C
Bảng 3.11: Kết quả thí nghiệm ngày 19/8/2007 của bộ thu loại 2-A
Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm ngày 19-23/8/2007 của bộ thu loại 2-A
Bảng 3.13: Kết quả thí nghiệm ngày 25/8/2007 của bộ thu loại 2-B
Bảng 3.14: Kết quả thí nghiệm ngày 25-29/8/2007 của bộ thu loại 2-B
Bảng 3.15: So sánh hiệu suất của các loại bộ thu
Bảng 4.1: Các thông số đầu vào của chơng trình (i)
Bảng 4.2: Các thông số đầu ra của chơng trình (i)
Bảng 4.3: Các thông số đầu vào của chơng trình (ii)


Bảng 4.4: Các thông số đầu ra của chơng trình (ii)

Bảng 4.5: Tỷ số F / Q phụ thuộc vào cờng độ bức xạ mặt trời
Bảng 5.1: Kết quả thí nghiệm ngày 09/03/08
Bảng 5.2: Kết quả thí nghiệm ngày 17/03/08


1
Mở ĐầU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Năng lợng cấp cho hệ thống lạnh và điều hoà không khí có một vai
trò quan trọng trên thế giới. Viện lạnh quốc tế (IIR) đà ớc tính rằng
khoảng 15% năng lợng điện trên toàn thế giới đợc sử dụng cho mục
đích làm lạnh và điều hoà không khí. Một nghiên cứu thống kê mới
đây của Hiệp hội công nghệ lạnh và điều hoà không khí của Nhật
Bản cho biết, nhu cầu về điều hoà không khí trên toàn thế giới có xu
hớng gia tăng, mức gia tăng toàn cầu là khoảng 17% [63].
Nhu cầu về điều hoà không khí gia tăng lớn nhất ở các nớc có nhiệt độ trung
bình cao. Các níc cã khÝ hËu nhiƯt ®íi nh ViƯt Nam nhu cầu về điều hoà không
khí rất lớn và ngày càng gia tăng. Với nhu cầu sử dụng năng lợng ngày càng gia
tăng, đòi hỏi phải có những giải pháp sử dụng năng lợng trong tơng lai là một trong
những thách thức cho các nhà khoa học. Một mặt phải giải quyết vấn đề tiết
kiệm và sử dụng năng lợng hiệu quả, mặt khác phải đảm bảo việc sử dụng hệ
thống điều hoà không khí thân thiện với môi trờng.

Chu trình máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lợng mặt trời là một giải pháp cho
vấn đề trên, tránh đợc việc sử dụng môi chất lạnh CFCs là chất tham gia vào
việc phá huỷ tầng ozone. Ngoài ra nó có thể hoạt động bằng năng lợng mặt
trời hoặc những nguồn năng lợng tái tạo khác làm giảm nhu cầu sử dụng điện
năng. Chính vì lý do đó mà máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lợng mặt trời ngày
càng lôi cuốn sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới.

Việt Nam trải dài từ vĩ độ 8030 Bắc đến 23024 Bắc, nằm trong
khu vực có cờng độ bức xạ mặt trời tơng đối cao, với trị số tổng xạ
khá lớn từ 4,2 -7,3 GJ/m2.năm, số giờ nắng trong một năm nhiều, đặc
biệt là ở các tỉnh phía nam [7],[12],[17].


2
Vì vậy việc sử dụng năng lợng mặt trời cấp nhiệt cho máy lạnh hấp
thụ để điều hoà không khí và để đáp ứng nhu cầu nớc nóng sinh
hoạt là một giải pháp rất hợp lý và khả thi.
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 2O-LiBr loại tác dụng đơn (Single Effect)
dùng trong lĩnh vực điều hoà không khí, có cấu tạo phù hợp với công
nghệ chế tạo hiện có ở trong nớc và có giá thành hợp lý.
-

Xác định sơ đồ cấp nhiệt hợp lý của hệ thống điều hoà không khí

bằng năng lợng mặt trời có kết hợp với các nguồn năng lợng hỗ trợ và có phơng án phụ cấp nớc nóng phục vụ nhu cầu sinh hoạt, nhằm đảm bảo vận
hành ổn định và nâng cao hiệu quả toàn bộ của hệ thống.
-

Xác định tỷ số F / Q (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 năng lợng mặt trời

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 năng lợng mặt trời
kiểu ống nhiệt gồm 2 loại chính: bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng
và bộ thu kiểu ống nhiệt ống chân không.
4.

ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-

Góp phần xây dựng mô hình tính toán truyền nhiệt trong bộ thu năng l-

ợng mặt trời kiểu ống nhiệt tấm phẳng và ống nhiệt ống chân kh«ng.


3

-

Xây dựng đợc phần mềm tính toán các thông số đặc trng của

các bộ thu kiểu ống nhiệt nhằm tạo điều kiện cho việc tính toán,
đánh giá khảo sát của các loại bộ thu này.

-

Chế tạo đợc các loại bộ thu năng lợng mặt trời kiểu ống nhiệt có hiệu

suất cao, có thể cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ cũng nh cấp nớc nóng sinh
hoạt với công nghệ và giá thành phù hợp với điều kiện của Việt Nam.
-

Xây dựng phơng pháp đánh giá tính hiệu quả của các bộ thu

năng lợng mặt trời kiểu ống nhiệt.
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. Chơng 1: Tổng quan;
Chơng 2: Tính toán bộ thu NLMT kiểu ống nhiệt; Chơng 3: Nghiên cứu

thực nghiệm bộ thu kiểu ống nhiệt; Chơng 4: Nghiên cứu mô phỏng hệ
thống điều hoà không khí bằng năng lợng mặt trời; Chơng 5: Nghiên
cứu thực nghiệm hệ thống cấp nhiệt phối hợp cho máy lạnh hấp thụ.
Điều hoà không khí bằng năng lợng mặt trời là đề tài rất phức tạp. Mặc dù
những gì đạt đợc trong luận án này là những kết quả nghiên cứu bớc đầu, nhng
có thể thấy rằng điều kiện thời tiết của các tỉnh phía nam Việt Nam rất
thuận lợi để cấp nhiệt cho hệ thống điều hoà không khí.


4

Chơng 1
Tổng quan
1.1 Tổng quan về điều hoà không khí bằng NLMT
Điều hoà không khí bng nng lng mt tri l ti rt hp dn
cho các nhà nghiên cứu v lnh vc h thng nhit mt tri. Nguyên
nhân là do cã sự đồng biến giữa nhu cầu sử dụng lạnh và cường độ bức
xạ mặt trời [9],[36]. Tuy nhiªn, do cha gii quyt tt các mâu thun gia
giá thnh và hiệu quả mang lại, cho nªn việc sử dụng năng lượng mặt trời
để điều hồ kh«ng khÝ vẫn chưa được ứng dụng nhiều trong thực tế.
Mặc dï vậy, trong những năm gần đây các nh khoa học đà không
ngừng nghiªn cøu ứng dụng năng lượng mặt trời để điều hồ kh«ng khÝ,
chứng tỏ tÝnh cÊp thiÕt và khả thi nht l i vi các nớc có điều kiện
thiên nhiên thuận lợi nh Việt Nam.
Ngoi ra, do các yêu cầu về tiết kiệm năng lợng v bo v môi trng,
vic sử dụng năng lượng mặt trời trong kỹ thuật điều ho không khí hin
ang l mt trong các hớng u tiên đợc khuyến khích phát triển.

Bộ thu
nhiệt mặt
trời

Hình 1.1: Sơ đồ các công nghệ điều hoà không khí bằng năng lợng mặt trời


5

Các phơng án sử dụng trong kỹ thuật điều hoà không khí bằng năng lợng
mặt trời hiện nay đợc trình bày trên hình 1.1, bao gồm: chu trình hút ẩm,
chu trình Ejector, chu trình Rankine và chu trình máy lạnh hấp thụ.

Chu trình làm lạnh bằng chất hút ẩm chỉ phù hợp với địa phơng có
độ ẩm cao. Ưu điểm của chu trình là sử dụng chất hút ẩm không độc
hại, không ăn mòn và có tính chất hoá học ổn định. Nhng đối với hệ
thống dùng chất hút ẩm dạng chất rắn phải tiêu tốn năng lợng cho quạt và
nhiệt độ cần giải phóng ẩm cao, còn ở hệ thống dùng chất hút ẩm dạng
lỏng thờng xảy ra hiện tợng kết tinh do quá trình điều khiển kém.

Chu trình máy lạnh Ejector có thể sử dụng đợc những nguồn nhiệt
có nhiệt độ thấp, giá thành vận hành và lắp đặt thấp. Nhợc điểm
của chu trình này là hệ số hiƯu qu¶ COP (Coefficient of
Performance) thÊp, thiÕt kÕ rÊt phøc tạp, đòi hỏi phải có độ chính
xác cao và khó khăn khi vận hành ở dải nhiệt độ môi trờng rộng.
Chu trình Rankine chỉ phù hợp với những hệ thống có công suất
lớn, thích hợp với những hệ thống đồng phát nhiệt điện và điều hoà
không khí. Nhợc điểm của chu trình này là giá thành cao, thờng
xuyên phải bảo dỡng phức tạp do có nhiều thiết bị chuyển động.
Chu trình máy lạnh hấp thụ có u điểm là chỉ có một chi tiết chuyển
động đó là bơm, có thể sử dụng nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp, sử dụng
môi chất lạnh thân thiện với môi trờng. Trên thị trờng hiện nay, máy lạnh
hấp thụ dùng cho mục đích điều hoà không khí có 02 loại chính đó là:
(i) máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr loại tác dụng đơn (Single Effect); (ii) máy lạnh
hấp thụ H2O-LiBr loại tác dụng kép (Double Effect). Máy lạnh hấp thụ
H2O-LiBr loại tác dụng đơn có thể sử dụng các nguồn nhiệt có nhiệt thế
thấp, còn máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr loại tác dụng kép thì phải sử dụng
những nguồn nhiệt có nhiệt thế trung bình vµ cao.


6

Phương ¸n sử dụng năng lượng mặt trời để điều ho không khí ang c

ng dng trên thế gii hiện nay phần lớn l s dng chu trình máy lnh hấp
thụ H2O-LiBr loại t¸c dụng đơn (Single Effect Absorption chiller) [9]. M¸y lạnh
hấp thụ H2O-LiBr loại t¸c dụng đơn làm việc víi nguồn nhiệt cã nhiệt độ từ 750C
đến 1100C [9], [37], do đó vic chn loi bộ thu năng lợng mặt trời no
cp nc nóng cho máy lnh hp th vi nhit yêu cầu t 750C trở lên và cã
hiệu suất ®đ cao là vấn đề mà các nhà nghiên cứu ang quan tâm.

Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ H 2O-LiBr cấp nhiệt
bằng nguồn năng lợng mặt trời đợc trình bày trên hình 1.2.

B
Nguồn

Bức xạ
trời

nhiệt hỗ trợ Mặt
Bình
chứa

HE
Bơm

Van 3 ngÃ

A

E

Hình 1.2: Sơ đồ Máy lạnh hấp thụ dùng năng lợng mặt trời [43] Nguyên lý

làm việc của MLHT H2O-LiBr tác dụng đơn dựa vào đặc tính của

dung dịch H2O-LiBr, khi ở nhiệt độ thấp dung dịch H 2O-LiBr hấp thụ
hơi nớc rất mạnh, khi ở nhiệt độ cao lại giải phóng hơi nớc đà hấp thụ.
Dung dịch loÃng trong bình hấp thụ D đợc bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt
HE vào bình sinh hơi A (Generator). Tại bình sinh hơi A, nớc nóng có nhiệt độ
khoảng 750C đến 950C đợc cung cấp từ bộ thu năng lợng mặt trời sẽ gia nhiệt cho
dung dịch. Hơi nớc bay ra từ bình sinh hơi có trạng thái quá nhiệt, đợc đa hơi nớc
này vào bình ngng tụ B, để đợc nớc làm mát giải nhiệt


7

đến trạng thái lỏng bảo hoà ở đầu ra của bình ngng tụ. Nớc - với t cách môi chất
lạnh - đi qua van tiết lu để đi vào vào bình bay hơi C. Tại đây nớc ở trạng thái hơi
bÃo hòa ẩm hấp thụ nhiệt của nớc cần làm lạnh trở thành trạng thái bÃo hòa khô và
đi đến bình hấp thụ D. Dung dịch đậm đặc từ bình sinh hơi A đi đến bình
hấp thụ D hấp thụ hơi nớc tạo thành dung dịch loÃng hơn, trong quá trình hấp thụ
có sản sinh ra nhiệt nên cần phải làm mát cho bình hấp thụ.
Để đánh giá hiệu quả của hệ thống điều hoà không khí bằng năng lợng mặt
trời Fléchon, Lazzarin và cộng sự [64] đà đề nghị sư dơng tû sè nhiƯt cđa hƯ
thèng

(Syste m The rmal Ra tio) là tỷ số giữ a công suất l ạnh và công suấ t



STR

nhiệt bức xạ mặt trời cấp vào hệ thống.

Q

=
STR

E.F
Trong công thức (1.1), hệ số COP chính là hệ số hiệu quả của máy lạnh hấp
thụ. Hệ số này phụ thuộc vào nhà sản xuất và phụ thuộc vào nhiệt độ nớc cấp
vào bình sinh hơi. Trong luận án này chúng tôi chỉ nghiên cứu nâng cao hệ số


STR

bằng cách nâng cao hiệu suất của bộ thu năng lợng mặt trời

(sc ).
Đối với những hệ thống làm lạnh bằng năng lợng mặt trời, để đảm bảo yêu
cầu vận hành ổn định của hệ thống ngời ta thờng lắp đặt thêm thiết bị gia
nhiệt hỗ trợ. Khi đánh giá hiệu quả cấp nhiệt bằng năng lợng mặt trời của
những hệ thống này ngời ta thờng dùng hệ số FNP (Fraction Nonpurchased)
[62].

Hệ số FNP đợc tính bằng tỷ số giữa công suất nhiệt bức xạ mặt

trời sử dụng trong hệ thống và tổng công suất nhiệt cần thiết cấp
vào bình sinh hơi của máy lạnh hấp thụ.

Q
FNP
=

Q

solar





load


Hệ số FNP càng lớn thì hệ thống càng hiệu quả về mặt kỹ thuật.
Tuy nhiên, lu ý khi tổng hợp hiệu quả kinh tế-kỹ thuật thì cần thận
trọng khi lùa chän hƯ sè nµy.