Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
ĐạI HọC Đà NẵNG
o0o hong an quốc
NGHIÊN CứU NÂNG CAO HIệU QUả cấp nhiệt bằng
ống nhiệt mặt trời cho máy lạnh hấp thụ H
2
O-
LiBr loại single effect ở miền nam việt nam

Chuyên ngành: Công nghệ và Thiết bị lạnh
Mã số: 62.52.80.05
Tóm tắt Luận án tiến sĩ kỹ thuật
Ngời hớng dẫn khoa học
1. PSG.TS. lê chí hiệp
2. pgs.TS. Hoàng dơng hùng

Danh mục các công trình của tác giả
(Đã đợc công bố liên quan đến đề tài luận án)
1- Hoàng An Quốc, Lê Chí Hiệp (2004), Xây dựng phần mềm
tính toán máy lạnh hấp thụ H
2
O-LiBr, Tạp chí Khoa học và
Công nghệ Nhiệt, tháng 11-2004, tr.
84
ữ

2- Hoàng An Quốc, Lê Chí Hiệp, Hoàng Dơng Hùng (2006),
Khảo sát sự ảnh hởng của các thông số vận hành đến hệ số
hiệu quả của máy lạnh hấp thụ H
2
O-LiBr tác dụng kép, Tạp
chí Khoa học và Công nghệ các trờng đại học kỹ thuật, số 56-
2006, tr.
4037 ữ

3- Hoàng An Quốc, Lê Chí Hiệp, Hoàng Dơng Hùng (2006),
Đánh giá khả năng sử dụng năng lợng mặt trời để đáp ứng
nhu cầu điều hoà không khí tại các tỉnh phía nam, Tuyển tập
các bài báo khoa học, ĐHBK Hà Nội, tháng 10-2006.
4- Hoàng An Quốc, Lê Chí Hiệp, Hoàng Dơng Hùng (2007),
Chế tạo và thử nghiệm ống nhiệt mặt trời loại chân không
trong điều kiện Việt Nam, Tạp chí Khoa học và Công nghệ
Nhiệt, tháng 3-2007, tr.
118
ữ

- Xác định sơ đồ cấp nhiệt hợp lý của hệ thống ĐHKK bằng
NLMT có kết hợp với các nguồn năng lợng hỗ trợ và có phơng
án phụ cấp nớc nóng sinh hoạt, nhằm đảm bảo vận hành ổn định
và nâng cao hiệu quả toàn bộ của hệ thống.
- Xác định tỷ số
QF /
(Diện tích bộ thu năng lợng mặt trời/công
suất lạnh) hợp lý của hệ thống trong điều kiện khí hậu của các tỉnh
ở miền nam Việt Nam.
- Đánh giá hệ số sử dụng năng lợng hỗ trợ kết hợp với NLMT
FNP

(Fraction Nonpurchared) hợp lý để hệ thống có thể vận hành
ổn định và hiệu quả.
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tợng nghiên cứu của luận án là các loại bộ thu NLMT
kiểu ống nhiệt gồm 2 loại chính: bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng
và bộ thu kiểu ống nhiệt ống chân không.

2
4. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Góp phần xây dựng mô hình tính toán truyền nhiệt trong bộ thu
kiểu ống nhiệt tấm phẳng và kiểu ống nhiệt chân không.
- Xây dựng đợc phần mềm tính toán các thông số đặc trng của
các bộ thu kiểu ống nhiệt.
- Chế tạo đợc các loại bộ thu kiểu ống nhiệt có hiệu suất cao, có
thể cấp nhiệt cho MLHT cũng nh nớc nóng sinh hoạt với công
nghệ và giá thành phù hợp với điều kiện Việt Nam.
- Xây dựng phơng pháp đánh giá tính hiệu quả của các bộ thu.
5. Bố cục luận án

r
ờ
i
Chu trình E
j
ecto
r
Chu trình Rankine
Chu trình MLH
T

3
máy lạnh này làm việc với nguồn nhiệt từ 75
0
C đến 110
0
C [9]. Do
đó, chọn bộ thu nào để có thể cấp nhiệt cho MLHT với nhiệt độ
yêu cầu từ 75
0
C trở lên và có hiệu suất đủ cao là vấn đề mà các nhà
nghiên cứu đang quan tâm.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của MLHT H
2
O-LiBr cấp nhiệt bằng
nguồn NLMT đợc trình bày trên hình 1.2.








=ì









=ì








=
load
aux
load
auxload



[%]
FNP


[%]
STR


[%]
1 1 lớp kính của Sheridan 32 - 10,8
2 2 lớp kính của Nakahara 29-30 82 14,5-16,5
3 1 lớp kính của Van Hatten 15-28 74 9,7-18,2
4 1 lớp kính của Izquierdo 20-25 50-100 10-12,5
5 1 lớp kính của Yeng 10 55 5,2
6 2,3 lớp kính của Oonk 22-25 54-63,5 -
Phân bổ chi phí của hệ thống ĐHKK bằng năng lợng mặt trời
đợc mô tả trên (hình 1.3). Hình 1.3: Phân bổ chi phí trong hệ thống ĐHKK bằng NLMT
Hình 1.3 cho thấy rằng, chi phí đầu t các bộ thu là lớn nhất
chiếm 39%. Vì vậy, nghiên cứu chế tạo những bộ thu có hiệu suất

T là nhiệt độ của cánh hấp thụ nh trên
hình 2.2.
Hình 2.2: Nguyên lý cấu tạo Hình 2.3: Cân bằng NL trên cánh
Viết phơng trình cân bằng năng lợng cho một phần tử của cánh
có chiều rộng
dx và chiều dài 1 đơn vị theo hớng chuyển động
của dòng hơi môi chất trong ống nhiệt (hình 2.3b) ta có: ()
0. =












+

ống
= (2.11)
Vậy lợng nhiệt hữu ích tổng cộng sẽ là:
(2.12)
2.1.4 Hiệu suất của bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng
Hiệu suất của bộ thu đợc tính theo công thức sau

(2.26)
2.1.5 Xác định các đại lợng
2.1.6 Tính chọn kích thớc của bộ thu
2.2 Bộ thu kiểu ống nhiệt ống chân không
2.2.1 Cấu tạo của bộ thu
Hình2.6: Bộ thu kiểu ống nhiệt ống chân không có gơng phản xạ
2.2.2 Phơng trình cân bằng năng lợng
Phơng trình cân bằng năng lợng của ống nhiệt ống
chân không cụ thể đợc viết dới dạng sau. [34]
(2.29)
Năng lợng hiệu ích của một ống nhiệt đợc tính theo
công thức. [34] (2.30)
2.2.3 Hiệu suất của bộ thu ống nhiệt ống chân không
(
)
(
)

)
[
]
aptthpfpehi
TTKSdLLQ


+
=
.2

p
T
()
(
)
(
)
C
lv
E
av
c
R
TT
R
TT
EFDA

+

Hình2.10: ống nhiệt tấm phẳng Hình2.11: ống nhiệt ống chân không
2.3.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Hình2.12: So sánh bằng phần mềm. Hình2.13: So sánh với KIER
()
(
)







==
EFR
TT
DA
EF
Q
ctet
ai
R

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

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

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


9
Hình 3.1: (a) Sơ đồ bố trí thiết bị đo; - (b) Sơ đồ thí nghiệm

10
3.1.2 Kết quả thí nghiệm và nhận xét
Hình 3.6 trình bày ảnh hởng nhiệt độ ở chế độ khởi động của
phần ngng ống nhiệt ứng với các tỷ số nạp bằng 20%, 30%, 40%
và 50%. Quan sát các đờng cong thấy, tỷ số nạp càng lớn thì thời
gian khởi động càng lớn, thời gian khởi động bằng 30 giây, 40
giây, 100 giây và 120 giây tơng ứng với tỷ số nạp 20%, 30%, 40%
và 50%. Hình 3.6 cho thấy tỷ số nạp tối u cho ống nhiệt là 30%,
lúc này thời gian khởi động nhanh và nhiệt độ làm việc ổn định ở
nhiệt độ cao. Hình 3.6: Nhiệt độ khởi động khi tỷ số nạp 20%,30%, 40%, 50%
Bảng 3.5: ảnh hởng tỷ số nạp (

) đến nhiệt độ t
max
và thời gian
khởi động


Diện tích của bộ thu 2 (m
2
)

1,8 (m
2
)

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

Phẳng

Cong

Phẳng

Tấm hấp thụ đợc sơn đen
chọn lọc loại Thurmaxlox
Đồng Đồng Đồng Đồng T.kẽm
Hệ số hấp thu A>0,92
Đờng kính ống thuỷ tinh 100 (mm) 60 Không
Chiều dài ống thuỷ tinh 2000 (mm) 1800 Không
Hệ số xuyên qua của ống D>0,90 Không
Hệ số xuyên qua của kính Không D>0,90
Hình 3.8: Thí nghiệm xác định thông số đặc trng của bộ thu
Xác định nhiệt lợng hữu ích bằng công thức Q
hi
=GC
p
(T
0
-T
i
) và
xác định hiệu suất của bộ thu bằng công thức

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

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

0
C đến 77
0
C thì nhiệt dung riêng
khoảng C
p
=4,187 kJ/kg.K. Lu lợng qua thiết bị đợc tính theo
phơng trình cân bằng nhiệt là:
Trong thí nghiệm này dùng thiết bị đo nhiệt độ là cảm biến nhiệt
điện trở có sai số 0,3
0
C do đó sai số tơng đối của nó là: Sai số do thiết bị đo cờng độ bức xạ mặt trời khoảng 1%, sai số
tơng đối của thiết bị đo lu lợng khoảng 0,5%.
Nh vậy sai số tơng đối của hiệu suất là:

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



Hình 3.10: Toàn thể mô hình thí nghiệm
b. Kết quả thí nghiệm Hình 3.12: Đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu loại 1-A
3.2.4 Nghiên cứu thực nghiệm đối với bộ thu loại 1-B
a. Mô tả thí nghiệm
b. Kết quả thí nghiệm Hình 3.13: Đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu loại 1-B
y = -3,0594x + 0,6994
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
(Ti-Ta)/E,


b. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm H×nh 3.18 : §−êng ®Æc tÝnh hiÖu suÊt cña bé thu lo¹i 2-A
3.2.7 Nghiªn cøu thùc nghiÖm ®èi víi bé thu lo¹i 2-B
a. M« t¶ thÝ nghiÖm
b. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm
H×nh 3.21 : §−êng ®Æc tÝnh hiÖu suÊt cña bé thu lo¹i 2-B
y = -5,021x + 0,6964
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
(Ti-Ta)/E,

K/W
HiÖu suÊt
η
.

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

=a
1
-a
2
(THình 3.24: So sánh hiệu suất bộ thu kiểu ống nhiệt tấm phẳng
Đồ thị hình 3.24 cho thấy sai lệch khi tính toán hiệu suất bộ thu
ống nhiệt tấm phẳng lý thuyết và thực nghiệm nh sau: Sai lệch lớn
nhất là 1,4%; sai lệch nhỏ nhất là 0,0%
3.4.2 So sánh hiệu suất bộ thu ống nhiệt ống chân không
Kết quả so sánh đờng đặc tính hiệu suất của bộ thu ống nhiệt
ống chân không tính toán theo lý thuyết và thực nghiệm đợc trình
bày trên hình 3.25.

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

Nam và giá thành của loại bộ thu này cũng hợp lý (đắt hơn bộ thu
tấm phẳng do bộ thu ống nhiệt phải sử dụng ống đồng có giá thành
cao hơn và công nghệ chế tạo có kỹ thuật cao). Với bộ thu loại này
có thể cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ nhng thời gian khởi động
máy lạnh thì phải sau 11:30 tuỳ theo cờng độ nắng của từng ngày.
Từ các phân tích ở trên, có thể xác định trong tơng lai gần bộ

19
thu loại 2-B thích hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam hơn. Chính
vì vậy, bộ thu loại 2-B sẽ đợc chọn để tiếp tục nghiên cứu các
phơng án cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ H
2
O-LiBr trên cơ sở có
kết hợp với các nguồn năng lợng hỗ trợ khác.

Chơng 4. NGHIÊN CứU MÔ PHỏNG Hệ THốNG
ĐHKK BằNG NĂNG Lợng mặt trời
4.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng
4.1.1 Chơng trình xác định diện tích của bộ thu NLMT
4.1.2 Chơng trình xác định công suất lạnh của hệ thống
4.2 Các kết quả tính toán trên máy tính
4.2.1 Khảo sát sự thay đổi công suất lạnh theo ngày
4.2.2 Thay đổi công suất lạnh theo diện tích bộ thu
Trong phần này đã dùng phần mềm xác định công suất lạnh của
hệ thống khi cho diện tích của bộ thu thay đổi từ 10 đến 120m
2
và
với cờng độ bức xạ mặt trời thay đổi từ 700 đến 900W/m
2
đối với


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

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

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