MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài An ninh lượng (ANNL) ngày vài kỷ tới mối lo ngại nhiều quốc gia Ngoại trừ số quốc gia Nga, Mỹ số quốc gia Trung Đơng, cịn lại nhiều nước đối mặt với thiếu hụt lượng [9] “Chiến lược phát triển lượng quốc gia Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến 2050” phủ phê duyệt ngày 27/12/2007 nêu quan điểm phát triển lượng dài hạn, đó, nhấn mạnh đến nội dung tiết kiệm, sử dụng hiệu lượng, phát triển nguồn lượng tái tạo có lượng mặt trời (NLMT) [9] Ngoài ra, theo “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng trình xây dựng sử dụng lượng hiệu quả”, QCVN 09:2013/BXD, tất cơng trình sử dụng nước nóng có cơng suất lắp đặt 50 kW tiêu thụ lượng 50000 kWh/năm không phép sử dụng phương pháp sản xuất nước nóng điện trở [1] Một giải pháp thay ưu tiên sử dụng NLMT kết hợp với bơm nhiệt (BN) Dùng thu NLMT sản xuất nước nóng khơng tiêu tốn điện năng, chịu ảnh hưởng lớn điều kiện thời tiết Dùng BN sản xuất nước nóng tiết kiệm lượng, chi phí đầu tư cao, vận hành bảo dưỡng phức tạp [11] Việc kết hợp thu NLMT BN để sản xuất nước nóng giải pháp để tiết kiệm lượng, giảm phát thải CO2 Tuy nhiên, có hai đặc điểm hạn chế việc vận hành bảo trì bảo dưỡng phức tạp chi phí đầu tư ban đầu cao Ứng dụng mơ nghiên cứu hệ thống sản xuất nước nóng dùng thu NLMT kết hợp với BN (hệ thống NNMTBN) giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống, qua giảm chi phí, thời gian, ngun vật liệu xây dựng hệ thống Ngồi ra, mơ hệ thống cịn giúp ta vận hành hệ thống cách mềm dẻo phù hợp với thực tế Điều góp phần làm cho hoạt động hệ thống ổn định tiết kiệm lượng Các ưu điểm việc mơ hệ thống nêu chìa khóa để giải hạn chế hệ thống NNMTBN Đối tƣợng nghiên cứu phƣơng pháp nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu luận án hệ thống NNMTBN sử dụng phổ biến Việt Nam (hệ thống kết hợp thu NLMT bơm nhiệt theo kiểu song song) - Phương pháp nghiên cứu luận án nghiên cứu lý thuyết để xây dựng mơ hình mơ phỏng, kết hợp với xây dựng mơ hình vật lý để nghiên cứu, thí nghiệm qua kiểm chứng hiệu chỉnh mơ hình mơ Sử dụng phần mềm mô xây dựng để nghiên cứu ứng dụng Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết trình nhiệt bên hệ thống NNMTBN thơng qua việc nghiên cứu thiết bị hệ thống bao gồm: bình chứa nước nóng, BN thu NLMT - Xây dựng mô-đun mô thiết bị hệ thống bao gồm: bình chứa nước nóng, BN thu NLMT Xây dựng phần mềm mô hệ thống từ mô-đun - Xây dựng hệ thống thí nghiệm vừa để đánh giá độ tin cậy phần mềm mô phỏng, vừa để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm - Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô xây dựng vào thực tế Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: - Giúp làm sáng tỏ số trình nhiệt xảy bên hệ thống NNMTBN như: trình nén mơi chất lạnh máy nén BN, trình lưu động nước ống thủy tinh chân khơng thu NLMT, q trình tích nhiệt bình chứa nước nóng - Các hàm tốn học mô tả hai thông số đặc trưng máy nén hiệu suất thể tích hiệu suất khơng thuận nghịch xây dựng luận án góp phần nâng cao độ xác tính tốn, mơ hoạt động máy nén - Đã đề xuất phương pháp lựa chọn công cụ, xây dựng mô-đun mô cho thiết bị riêng lẻ hệ thống, bao gồm: BN sản xuất nước nóng, thu NLMT bình chứa nước nóng - Đã đưa phương pháp kết nối mô-đun mô phỏng, xây dựng đơn lẻ, để mô hoạt động hệ thống NNMTBN Cụ thể, môđun mô đơn kết hợp với theo nguyên tắc mô-đun cấp thấp chạy xuất hàm đặc tính thiết bị để nạp vào mô-đun cấp cao hơn, mô-đun cấp cao phần mềm mơ tồn hệ thống xây dựng mơi trường lập trình CFD (Computational Fluid Dynamics) Ý nghĩa thực tiễn: - Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm giúp kiểm chứng kết mơ nghiên cứu đặc tính hệ thống - Phần mềm mơ sử dụng để nghiên cứu, tính tốn hệ thống NNMTBN thực tế, giúp tiết kiệm thời gian giúp tránh rủi ro đầu tư không hiệu Điểm luận án - Xây dựng hàm toán học mô tả hai thông số đặc trưng máy nén hiệu suất thể tích hiệu suất khơng thuận nghịch Điều góp phần nâng cao độ xác tính tốn máy nén xây dựng phần mềm mô máy nén - Đưa phương pháp hàm đặc tính để kết nối mơ-đun đơn lẻ mơ hình mơ hệ thống NNMTBN Phương pháp công cụ để kết nối phần mềm, kết nghiên cứu khác mô hệ thống Đề xuất xây dựng mơ hình mơ hệ thống NNMTBN sử dụng bình chứa nước nóng trung tâm mơi trường lập trình CFD Trong mơi trường lập trình này, mơ hình mơ thay đổi cách linh hoạt góp phần hỗ trợ tính tốn phương án thiết kế tối ưu hóa hệ thống - Xây dựng hệ thống thí nghiệm đủ độ tin cậy để kiểm chứng kết mô - Nghiên cứu trình phân tầng nhiệt độ nước bình chứa nước nóng Các kết thu ứng dụng việc tối ưu hóa thiết kế bình chứa nước nóng nhằm nâng cao hiệu suất hệ thống NNMTBN - Ứng dụng phần mềm mô để nghiên cứu thông số hoạt động ống thủy tinh chân không thu NLMT cho thấy: với ống thu NLMT kiểu ống thủy tinh chân khơng hai lớp, đường kính ngồi 58 mm (loại ống sử dụng phổ biến Việt Nam) gắn trực tiếp vào bình chứa lưu lượng khối lượng nước tuần hoàn qua ống lớn 0,0145 kg/s, suất nhiệt hữu ích ống lớn 96,88 W Các kết ứng dụng thiết kế tối ưu thu NLMT - Ứng dụng phần mềm mô bơm nhiệt để phân tích hiệu lượng bơm nhiệt cụ thể (bơm nhiệt sử dụng đề tài KC.05.03/11-15) cho thấy: điều kiện hoạt động phổ biến nước ta, nhiệt độ môi trường từ 20 oC đến 30 oC, nhiệt độ nước nóng vào từ 40 oC đến 50 oC COP bơm nhiệt cao, đạt từ 2,98 đến 4,58 chứng tỏ việc sử dụng bơm nhiệt để cấp nước nóng hiệu quả; nhiệt độ mơi trường thấp, từ oC đến 10 oC, COP bơm nhiệt thấp, để tăng hiệu sử dụng lượng bơm nhiệt cần giảm nhiệt độ nước nóng sử dụng - Ứng dụng phần mềm mô để phân tích hiệu hệ thống NNMTBN cho thấy: với hệ thống lắp đặt Nha Trang, trung bình năm, NLMT đáp ứng 83,7 % tổng lượng cần thiết để sản xuất nước nóng, tiêu thụ điện hệ thống 5,7 % so với phương pháp dùng điện trở; với hệ thống lắp đặt Hà Nội, NLMT đáp ứng 66 % tiêu thụ điện hệ thống 13,3 % Lượng giảm phát thải CO2 sản xuất m3 nước nóng năm hệ thống NNMTBN so với hệ thống sản xuất nước nóng dùng điện trở 8,407 tấn/m3năm CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu sử dụng nƣớc nóng Năng lượng dùng để sản xuất nước nóng ln chiếm tỷ lệ lớn tổng tiêu thụ lượng Theo số liệu công bố hội thảo bơm nhiệt công nghệ trữ nhiệt châu Á (2013), tỷ lệ hộ gia đình khách sạn Việt Nam 18 % 30 % (hình 1.1) [75] Hình 1.1 Nhu cầu lượng hộ gia đình khách sạn Việt Nam 1.2 Sản xuất nƣớc nóng dùng thu NLMT kết hợp với bơm nhiệt Sơ đồ nguyên lý hệ thống NNMTBN điển hình thể hình 1.2 Hệ thống gồm hai phần chính, kết nối song song với bình chứa nước nóng, thu NLMT phần BN dự phịng Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống NNMTBN Khi có xạ mặt trời (BXMT), nhiệt hấp thụ thu NLMT làm tăng nhiệt độ nước tích vào bình chứa nước nóng Trường hợp NLMT không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng, BN hoạt động Do đó, hệ thống có khả cung cấp nước nóng điều kiện thời tiết Dùng hệ thống NNMTBN tiết kiệm lượng điện, giảm phát thải CO2 chi phí đầu tư cao, vận hành hệ thống phức tạp Muốn mở rộng phạm vi ứng dụng cần phải giải hai hạn chế 1.3 Vai trị việc mơ hệ thống Nghiên cứu mô hệ thống giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống, làm giảm giá thành đầu tư xây dựng hệ thống Đồng thời giúp tối ưu hóa chế độ vận hành, góp phần đảm bảo hệ thống vận hành ổn định tiết kiệm lượng Đây chìa khóa để giảm thiểu đặc điểm hạn chế hệ thống NNMTBN 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc nƣớc Trên giới, nghiên cứu mô liên quan đến hệ thống NNMTBN quan tâm diễn mạnh mẽ Đối tượng nghiên cứu mơ phận hệ thống sản xuất nước nóng như: thu NLMT [22, 31, 51, 60, 78, 79, 95, 103]; bơm nhiệt [32, 38, 44, 47, 58, 63, 71, 72, 73, 80, 84]; bình chứa nước nóng [36, 54, 62, 89, 94] hệ thống kết hợp, kết hợp phận [26, 29, 33, 42, 46, 69, 91, 97] Tổng kết lại, thấy nghiên cứu mơ hệ thống NNMTBN giới phần lớn đề cập đến phận hệ thống như: thu NLMT, BN, phận trữ nhiệt Trong nghiên cứu hệ thống kết hợp, thường gặp kết hợp hai phận như: thu NLMT BN với bình chứa nước nóng + Các nghiên cứu mô hệ thống NNMTBN bao gồm thu NLMT, BN bình chứa nước nóng cịn hạn chế; có số nghiên cứu phân tính lượng hệ thống Các nghiên cứu mơ hoạt động hệ thống hỗ trợ việc tính tốn thiết kế tối ưu hóa hoạt động hệ thống cịn thiếu + Đặc trưng hệ thống NNMTBN phụ thuộc vào diễn biến thời tiết, vị trí địa lý vùng, việc xây dựng hệ thống kết nghiên cứu hệ thống vùng khí hậu định Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng NLMT BN để sản xuất nước nóng nhiều tác giả quan tâm [1, 2, 3, 4, 5, 8, 12, 16] Tuy nhiên, nhìn chung nghiên cứu chưa tương xứng với tiềm nhu cầu sử dụng thu NLMT, BN để sản xuất nước nóng nước ta CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ PHỎNG HỆ THỐNG NNMTBN Để mơ hệ thống NNMTBN, cần mơ thiết bị hệ thống, bao gồm: bơm nhiệt, phận trữ nhiệt bình chứa nước nóng thu NLMT 2.1 Mô bơm nhiệt - Xây dựng phương pháp xác định thông số đặc trưng máy nén Máy nén coi phận quan trọng BN tiêu tốn nhiều lượng đồng thời phận chứa nhiều chi tiết phức tạp, thường nguyên nhân gây hỏng hóc BN [13] Luận án xây dựng hàm tốn học mơ tả hai thơng số đặc trưng máy nén hiệu suất thể tích hiệu suất không thuận nghịch, kết sau: + Hiệu suất không thuận nghịch máy nén: b   a    c pk (2.11) po + Hiệu suất thể tích máy nén: s  as  bs  cs pk2 po2 (2.12) Những hàm thông số đặc trưng xây dựng góp phần nâng cao độ xác tính tốn mơ máy nén - Xây dựng mơ hình mơ BN theo phương pháp kết hợp Mơ hình mơ BN xây dựng dựa phận cấu thành gồm: máy nén, van tiết lưu, thiết bị bay thiết bị ngưng tụ Chi tiết thông số vào, mơ tả mơ hình BN tương tác nội chúng thể hình 2.8 Thiết bị ` ngưng tụ Thiết bị tiết lưu Máy nén Thiết bị bay Thông số mô tả Thơng số vào, Hình 2.8 Các thơng số vào, mơ tả mơ hình BN Thơng số cấu tạo hoạt động TBBH Thông số cấu tạo hoạt động TBNT Số liệu thực nghiệm từ nhà sản xuất cung cấp EVAR-COND Hoặc Chƣơng trình tính tốn TBBH (MPTBBH) Chƣơng trình tính tốn TBNT (MPTBNT) Chƣơng trình tính tốn hàm đặc trƣng máy nén (MPTSMN) Các đặc tính TBBH Các đặc tính TBNT MƠI TRƢỜNG LẬP TRÌNH EES CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN BƠM NHIỆT (MPBN) Các đặc tính máy nén Thơng số mơ tả bơm nhiệt Các đặc tính bơm nhiệt Hình 2.9 Sơ đồ tương tác đại lượng mơ hình BN Trong thực tế mơ BN, số thông số giúp mô tả phận cấu thành nên BN như: hàm hiệu suất máy nén; hệ số truyền nhiệt thiết bị bay hơi, thiết bị ngưng tụ khơng có sẵn Khi để có chúng, ta phải xây dựng chạy chương trình tương ứng Chi tiết việc xác định thơng số chưa biết kể xem sơ đồ tương tác đại lượng mơ hình BN (hình 2.9) - Xây dựng mơ hình mơ BN theo phương pháp hàm đặc tính Trong trường hợp có bảng thơng số hoạt động BN từ thực nghiệm nhà sản xuất, phương pháp mô sử dụng bảng thông số sử dụng (hình 2.10) Năng suất nhiệt BN biểu diễn dạng hàm đặc tính sau [82]: Qbn  c1  c2tkk ,v  c3tkk2 ,v  c4tn,v  c5tn2, v  c6tkk , vtn, v (2.39) Số liệu thông số hoạt động (đo từ nhà sản xuất) MƠI TRƢỜNG LẬP TRÌNH EES, MƠI TRƢỜNG EXCEL, SỬ DỤNG PHẦN MỀM TỐN HỌC Hàm đặc tính bơm nhiệt dạng (2.39) CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN BƠM NHIỆT (MPBN) Hình 2.10 Sơ đồ tương tác đại lượng mơ hình BN sử dụng phương pháp hàm đặc tính 2.2 Mơ bình chứa nƣớc nóng thu NLMT 2.2.3 Mơ bình chứa nước nóng Mơ hình mơ bình chứa nước nóng gồm hai vùng tính tốn nước nóng bình lớp vật liệu cách nhiệt bên ngồi (hình 2.13) Hình 2.13 Mơ hình bình chứa nước nóng Lớp cách nhiệt có trình trao đổi nhiệt đối lưu bề mặt với nước, trình truyền nhiệt dẫn nhiệt từ bề mặt ngồi q trình trao đổi nhiệt đối lưu từ bề mặt bên ngồi đến khơng khí Vùng nước nóng bình tính tốn dựa phương trình liên tục (2.47), phương trình bảo tồn động lượng (2.48) phương trình bảo tồn lượng (2.49) không gian ba chiều [94] Với việc phân chia vùng tính tốn thành phân tố thể tích, phương trình dùng để tính tốn q trình thủy động truyền nhiệt mơ hình     ( u)  (2.47)  u    u   u  p    us   (T  Tref ) g  T C p   C p u T    (k T )   (2.48) (2.49) Sử dụng phương trình (đã tích hợp mơ hình CFD), kết hợp với việc đặt điều kiện biên, điều kiện ban đầu cho vùng tính tốn, q trình thủy động truyền nhiệt phân tố vùng tính tốn giải 2.2.4 Mơ thu NLMT Mơ hình thu NLMT có ba vùng tính tốn cụ thể là: vùng vật liệu cách nhiệt, vùng nước nóng, bề mặt ống thủy tinh chân khơng (hình 2.14) Hình 2.14 Mơ hình thu NLMT kiểu ống thủy tinh chân khơng Vùng nước lớp cách nhiệt tính tốn Bề mặt ống thủy tinh có q trình nhận nhiêt xạ từ NLMT q trình tổn thất nhiệt mơi trường bên ngồi Việc tính tốn q trình sử dụng công thức sau: (2.50) I  Ib  rb  I d  rd  I g rr G   b  Ib  rb   d  I d  rd   r  I r  rr (2.54) Qht  G.Fht (2.55) (2.56) (2.57) Qtt  U tt Ftt (tw  tkk ) Qbt  Qht  Qtt Qbt  Fbt Ibt H t   H g  H d   Rb  H d  Rd  H g R r (2.58) (2.59) (2.62) Qmt  Fbt Htbt (2.68) bt  a  btm  ct m 2.3 Mô hệ thống NNMTBN Mơ hình mơ hệ thống NNMTBN xây dựng mơ hình mơ sử dụng bình chứa nước nóng làm trung tâm hình (2.15) mơi trường lập trình CFD Trong mơ hình này, thu NLMT BN mô độc lập xuất hàm đặc tính để nạp vào mơ hình mơ hệ thống Qbn MƠ HÌNH MƠ PHỎNG BƠM NHIỆT Từ thu NLMT về, tr,mt Từ bơm nhiệt về, tr,bn Nƣớc nóng MƠ HÌNH MƠ PHỎNG BÌNH sử dụng Nƣớc lạnh bổ sung CHỨA NƢỚC NÓNG Đến bơm nhiệt, tv,bn Qmt MƠ HÌNH MƠ PHỎNG BỘ THU NLMT Đến thu NLMT, tv,mt Hình 2.15 Mơ hình mơ hệ thống NNMTBN Sơ đồ liên kết đại lượng mô hệ thống thể hình 2.16 Theo đó, chương trình mơ BN thu NLMT chạy trước để xuất hàm đặc tính dạng (2.39) (2.58) Các hàm đặc tính dùng để chạy chương trình mơ hệ thống MƠI TRƢỜNG LẬP TRÌNH EES MÔ PHỎNG BƠM NHIỆT (Xuất kết Hàm đặc tính Qbn dạng (2.39) bảng số đồ thị) Phân bố nhiệt độ (CÁC THÔNG SỐ MÔ TẢ BƠM NHIỆT) bình MƠI TRƢỜNG LẬP TRÌNH CFD Đặc tính nƣớc cấp Đặc tính nƣớc sử dụng MƠ PHỎNG BÌNH CHỨA NƢỚC NĨNG Tổn thất nhiệt từ bình mơi trƣờng (CÁC THƠNG SỐ MƠ TẢ BÌNH CHỨA NƢỚC NĨNG) Cân MƠI TRƢỜNG LẬP TRÌNH CFD MƠ PHỎNG BỘ THU NLMT (CÁC THÔNG SỐ MÔ TẢ BỘ THU NLMT) lƣợng bình Hàm đặc tính Qbt dạng (2.58) Hình 2.16 Sơ đồ tương tác đại lượng mô hệ thống NNMTBN CHƢƠNG XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG NNMTBN 3.1 Xây dựng phần mềm mơ BN Lựa chọn mơi trường lập trình EES có ưu điểm hỗ trợ việc xác định thơng số nhiệt động tính chất nhiệt vật lý nhiều loại mơi chất dùng kỹ thuật nói chung để xây dựng phần mềm Giao diện phần mềm mô máy nén mềm mô BN xây dựng thể tương ứng hình 3.1 hình 3.2 Hình 3.1 Giao diện phần mềm mơ Hình 3.2 Giao diện phần mềm mô máy nén BN 3.2 Xây dựng phần mềm mô thu NLMT Khi xây dựng phần mềm mô phỏng, thông số thiết lập phù hợp với điều kiện hệ thống thí nghiệm (được xây dựng giới thiệu chương 4) để thuận tiện cho việc đánh giá độ tin cậy kết mô 10 Hình 3.18 Kết mơ thu NLMT 25 ống Hình 3.21 Kết mơ thu NLMT 50 ống 3.2.3 Mô hoạt động ống thủy tinh chân không Ứng dụng phần mềm mô thu NLMT để nghiên cứu thông số hoạt động ống thu nhiệt kiểu ống thủy tinh chân khơng lớp có đường kính ngồi 58 mm (loại ống sử dụng phổ biến Việt Nam) Tiến hành xây dựng mơ hình mơ (một số bước thể hình 3.22, hình 3.23) ta thu số kết (hình 2.34, hình 2.35) Các kết sử dụng để nghiên cứu lưu lượng khối lượng nước tuần hoàn qua ống suất nhiệt hữu ích ống Hình 3.22 Chia lưới mơ hình mơ Hình 3.23 Thiết lập điều kiện biên cho mơ hình 12 Hình 3.24 Phân bố nhiệt độ mơ hình Hình 3.25 Phân bố vận tốc nước mặt cắt dọc theo tâm ống 3.3 Xây dựng phần mềm mô hệ thống NNMTBN Sử dụng phần mềm mô BN thu NLMT xây dựng để tính tốn ta thu hàm đặc tính suất nhiệt sau: Qbn  12.56  0.3765tkk ,v  0.0061tn,v  0.002632tkk2 ,v  0.0005tn2,v  0.0008075tkk ,vtn,v t t   Qbt  Fbt I  0,5913  1,1651 n,v kk  I   (Xuất kết file Excel đồ thị) Tổn thất nhiệt từ MƠI TRƢỜNG LẬP TRÌNH CFD bình mơi trƣơng MƠ PHỎNG BÌNH CHỨA NƢỚC NĨNG Phân bố nhiệt độ (CÁC THƠNG SỐ MƠ TẢ BÌNH CHỨA NƢỚC NĨNG) bình Phân bố lƣợng hệ thống Hình 3.28 Các thơng số vào, mơ hình mơ hệ thống NNMTBN Sử dụng hàm đặc tính suất nhiệt kết hợp với việc nạp thơng số đầu vào cho mơ hình ta mơ hệ thống NNMTBN (hình 3.28) Kết mơ thể hình 3.30 Hình 3.30 Kết mô hệ thống NNMTBN 30 m3 13 Hệ thống thí nghiệm sản xuất nước nóng NLMT (NNNLMT) xây Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội mô phỏng, kết mô thể hình 3.34 Hình 3.34 Kết mô hệ thống NNNLMT CHƢƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Luận án sử dụng nhiều phương pháp khác để đánh giá độ tin cậy kết mô nhằm mục đích đạt hiệu cao Với mơ máy nén, việc đánh giá độ xác kết mô thực nhờ sử dụng số liệu thực nghiệm công bố nhà sản xuất Với mơ BN, bình chứa nước nóng, thu NLMT mô hệ thống, việc đánh giá độ tin cậy kết mô dựa vào số liệu thực nghiệm thu từ hệ thống thí nghiệm nghiên cứu sinh xây dựng để phục vụ việc nghiên cứu luận án số liệu thực nghiệm từ đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước KC.05.03/11-15 mà luận án tiến sĩ nhiệm vụ phải hoàn thành đề tài 4.1 Xây dựng hệ thống thí nghiệm kiểm chứng Để đánh giá độ tin cậy kết mơ phỏng, nhóm nghiên cứu tiến hành xây dựng hệ thống thí nghiệm Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hệ thống gồm hai phần chính, kết nối song song với bình chứa nước nóng, cụ thể (1) phần thu NLMT gồm panel cơng nghiệp có 25 ống hấp thụ NLMT kiểu chân khơng, đường kính 58 mm, dài 1800 m (2) phần tải giả thiết bị giải nhiệt (hình 4.1) Để nghiên cứu phân tầng nhiệt độ bình, 16 cảm biến đo nhiệt độ (T101T116) lắp đặt bình Để đánh giá hiệu suất thu, suất nhiệt thu NLMT, hệ thống ống góp thu có lắp 13 cảm biến nhiệt độ (T201-T213) 14 Nước bổ sung Thiết bị giải nhiệt Đo phân tầng nhiệt độ bình: T101 đến T116 T203 T101 T102 T103 T104 T213 T105 T113 T114 T112 T115 T116 T204 GW2 Bình chứa nước nóng T212 GW1 T201 T205 T208 T207 T206 T2 T210 T209 T211 T202 Ta Is Bộ thu NLMT kiểu ống thủy tinh chân khơng Hình 4.1 Sơ đồ ngun lý hệ thống thí nghiệm Ngồi ra, hệ thống cịn lắp đặt cảm biến đo lưu lượng khối lượng nước thiết bị đo xạ mặt trời Thông số kỹ thuật thiết bị đo trình bày bảng 4.1 Đi kèm với cảm biến nhiệt độ chế tạo (hình 4.2 hình 4.3) chuyển đổi tín hiệu (hình 4.4 hình 4.5) Bảng 4.1 Thơng số kỹ thuật thiết bị đo hệ thống TT Loại thiết bị đo Ký kiệu t101 ~ t116 Cặp nhiệt độ loại T Bức xạ kế Cảm biến nhiệt độ LM335 t201 ~ t213 Đồng hồ nước GW Is Phạm vi đo 0~ 100 o C ~ 1800 W/m2 -40 ~ 100 o C ~ 15 lít/phút 15 Sai số Chức +/0.3 +/5% +/0.5 +/0.1 Đo nhiệt độ nước bình Đo cường độ BXMT Đo nhiệt độ nước Đo lưu lượng nước Hình 4.2 Chế tạo, lắp đặt đầu đo phân tầng nhiệt độ bình Hình 4.3 Chế tạo ca-líp đầu đo nhiệt độ lắp hệ thống Hình 4.4 Các chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ cho LM335 Hình 4.5 Các chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ cho cặp nhiệt loại T Hình 4.12 Tủ điều khiển hệ thống đo tự ghi số liệu 16 Tất số liệu đo hệ thống hệ thống đo tự ghi (hình 4.12) ghi lại với tần suất 10s/lần để làm sở cho nghiên cứu mô phỏng, tối ưu hố thiết kế hệ thống sau Hình ảnh hệ thống thí nghiệm hồn chỉnh thể hình 4.13 Hình 4.13 Hệ thống thí nghiệm kiểm chứng mơ hình mơ 4.2 Hệ thống thí nghiệm đề tài KC.05.03/11-15 Các số liệu thực nghiệm thu từ đề tài cấp nhà nước KC.05.03/11-15, mà luận án tiến sĩ nội dung phải hoàn thành đề tài, sử dụng để kiểm chứng kết mơ Đề tài KC.05.03/11-15 có hệ thống thí nghiệm hệ thống lớn (Vbcnn = 30 m3, Fbt = 179 m2) Nha Trang (hình 4.14) hệ thống nhỏ có bình chứa nước nóng 200 lít Hà Nội (hình 4.20) Hai hệ thống trang bị thiết bị đo tự ghi số liệu tương tự mục 4.1 Hình 4.14 Hệ thống NNMTBN thành phố Nha Trang 17 Hình 4.20 Hệ thống NNMTBN Hà Nội 4.3 Đánh giá độ tin cậy kết mô thu NLMT hệ thống NNMTBN 4.3.1 Đánh giá độ tin cậy kết mô thu NLMT a) Bộ thu NLMT có bình chứa nước nóng Độ tin cậy kết mơ thu NLMT có bình chứa nước nóng đánh giá cách so sánh kết nhiệt độ nước đầu vào đầu bình mơ thực nghiệm (hình 4.24) Kết cho thấy, sai lệch lớn nhiệt độ thời điểm thí nghiệm mô 0.63 K sai số tương đối lớn 1.75 % Sai số mô thực nghiệm nhỏ chứng tỏ kết mô đáng tin cậy Hình 4.24 Nhiệt độ đầu vào đầu bình chứa nước nóng thu NLMT b)Bộ thu NLMT khơng có bình chứa nước nóng Tiến hành kiểm chứng kết mơ thu NLMT khơng có bình chứa nước nóng ta thấy: với điều kiện nhiệt độ nước vào thu, sai lệch lớn nhiệt độ nước đầu thu thực nghiệm mô 0,55 K Sai số tương đối lớn mô thực nghiệm 1,22 % Độ chênh lệch nhiệt độ nước đầu vào 18 đầu thu mô thực nghiệm đạt khoảng 5,5 K (hình 4.25) Hình 4.25 Nhiệt độ nước qua thu NLMT 4.3.2 Đánh giá độ tin cậy kết mô hệ thống NNMTBN 30 m3 Hình 4.26 Nhiệt độ nước sử dụng hệ thống NNMTBN Số liệu thực nghiệm kết tính tốn từ mơ nhiệt độ nước sử dụng hệ thống thể hình 4.24 So sánh kết quả, sai lệch lớn nhiệt độ thời điểm thí nghiệm mơ 0.59 K sai số tương đối lớn 1.12 % 4.3.3 Đánh giá độ tin cậy kết mô hệ thống NNNLMT a Chế độ chờ hệ thống Hình 4.27 Phân tầng nhiệt độ bình chứa theo thời gian Sự phân tầng nhiệt độ bình chứa thể hình 4.27 Chi tiết phân tầng nhiệt độ nước bình thể hình 4.28 Theo kết mơ phỏng, thời điểm độ chênh nhiệt độ cực đại K, tăng lên 1,5 K 1.8 K Vùng 19 phân tầng nhiệt độ rõ vùng đáy bình (z < 0,1 m) cịn vùng phía (z = 0,1 m), nhiệt độ nước thay đổi Hình 4.28 Phân tầng nhiệt độ nước chế độ chờ theo chiều cao b Chế độ hoạt động hệ thống Hình 4.30 Phân tầng nhiệt độ nước chế độ hoạt động theo chiều cao Trong chế độ hoạt động, phân tầng nhiệt độ theo mốc thời gian giờ tương đối đồng giá trị cực đại trường hợp đạt khoảng 4,8 K Sai lệch mô thực nghiệm trường hợp nhỏ 0,8 K (hình 4.30) 4.4 Đánh giá độ tin cậy kết mơ BN Kết tính toán suất nhiệt hệ số hiệu lượng BN mô số liệu thực so sánh Sai lệch lớn so sánh suất nhiệt COP mô thực nghiệm 1,24 kW 0,22 Sai số tương đối lớn số liệu thu từ mô số liệu thực nghiệm với suất nhiệt hệ số hiệu lượng COP 5.71% 5,79% Kết thu từ mô so với số liệu thực nghiệm kiểm chứng có sai số nhỏ cho thấy mơ hình mô BN đáng tin cậy Đây cơng cụ hữu ích nghiên cứu, tối ưu hố hoạt động BN chế độ làm việc khác 20 ... hệ thống kết hợp, thường gặp kết hợp hai phận như: thu NLMT BN với bình chứa nước nóng + Các nghiên cứu mơ hệ thống NNMTBN bao gồm thu NLMT, BN bình chứa nước nóng cịn hạn chế; có số nghiên cứu. .. bao gồm: BN sản xuất nước nóng, thu NLMT bình chứa nước nóng - Đã đưa phương pháp kết nối mô- đun mô phỏng, xây dựng đơn lẻ, để mô hoạt động hệ thống NNMTBN Cụ thể, mô? ?un mô đơn kết hợp với theo... xuất m3 nước nóng năm hệ thống NNMTBN so với hệ thống sản xuất nước nóng dùng điện trở 8,407 tấn/m3năm CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu sử dụng nƣớc nóng Năng lượng dùng để sản xuất nước nóng chiếm