LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi, đƣợc thực
hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của tập thể hƣớng dẫn. Các số liệu và kết quả
nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ
công trình nào.
Hà Nội, ngày 26 tháng 7 năm 2017
Tập thể hƣớng dẫn

PGS.TS. Nguyễn Nguyên An

Nghiên cứu sinh

PGS.TS. Hà Mạnh Thƣ

i

Tạ Văn Chƣơng


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc hết, tôi xin trân trọng cảm ơn Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội,
Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt – Lạnh, các thầy cô
và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi và đóng góp nhiều ý kiến quý báu
giúp tôi hoàn thành bản luận án này.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến hai Thầy
hƣớng dẫn khoa học, PGS.TS. Nguyễn Nguyên An và PGS.TS. Hà Mạnh Thƣ đã
hết lòng hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá
trình thực hiện luận án.
Tôi xin cảm ơn gia đình và ngƣời thân đã luôn bên tôi, ủng hộ và động viên
tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

2.2.1. Mô phỏng bơm nhiệt.................................................................................................29
2.2.1.1. Mô phỏng bơm nhiệt theo phƣơng pháp kết hợp..................................................30
2.2.1.2. Mô phỏng bơm nhiệt theo phƣơng pháp hàm đặc tính .......................................46
2.2.2. Mô phỏng bình chứa nƣớc nóng và bộ thu NLMT.............................................47
2.2.2.1. Phƣơng pháp mô phỏng số CFD...............................................................................47
2.2.2.2. Nghiên cứu mô phỏng đối tƣợng trong môi trƣờng lập trình CFD..................48
2.2.2.3. Mô phỏng bình chứa nƣớc nóng ...............................................................................52
iii


2.2.2.4. Mô phỏng bộ thu NLMT ............................................................................................53
2.2.3. Mô phỏng hệ thống NNMTBN..............................................................................57
2.3. Kết luận chƣơng 2 ................................................................................. 61
CHƢƠNG 3 XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SẢN XUẤT
NƢỚC NÓNG DÙNG BỘ THU NLMT KẾT HỢP VỚI BƠM NHIỆT.............. 62
3.1. Xây dựng phần mềm mô phỏng bơm nhiệt........................................... 62
3.1.1. Xây dựng phần mềm mô phỏng máy nén.............................................................62
3.1.2. Xây dựng phần mềm mô phỏng bơm nhiệt..........................................................63
3.2. Xây dựng phần mềm mô phỏng bộ thu NLMT .................................... 64
3.2.1. Xây dựng phần mềm mô phỏng bộ thu NLMT có bình chứa nƣớc nóng ......64
3.2.3. Mô phỏng hoạt động của ống thủy tinh chân không...........................................79
3.3. Xây dựng phần mềm mô phỏng hệ thống NNMTBN .......................... 82
3.3.1. Xác định hàm đặc tính của bơm nhiệt....................................................................82
3.3.2. Xác định hàm đặc tính của bộ thu NLMT ............................................................83
3.3.3. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống NNMTBN 30 m3................................85
3.3.4. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống NNNLMT............................................89
3.4. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................. 92
CHƢƠNG 4 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ............ 93
4.1. Xây dựng hệ thống thí nghiệm kiểm chứng.......................................... 93
4.2. Hệ thống thí nghiệm của đề tài KC.05.03/11-15 ................................ 101


Ký hiệu
Cp

Nhiệt dung riêng khối lƣợng đẳng áp

Thứ nguyên
kJ/(kgK)

Hệ số bơm nhiệt

-

Dn

Đƣờng kính ngoài của ống

m

Dt

Đƣờng kính trong của ống

m

d

Đƣờng kính trong của ống

m


FR

Hệ số lấy nhiệt của bộ thu

G

Cƣờng độ BXMT hấp thụ trên một đơn vị diện tích

Hd

Tổng lƣợng tán xạ ngày trên mặt phẳng ngang

kJ/(m2ngày)

Hg

Tổng lƣợng bức xạ ngày trên mặt phẳng ngang

kJ/(m2ngày)

Ht

Tổng lƣợng bức xạ ngày trên bề mặt bộ thu NLMT

kJ/(m2ngày)

i

Entanpi


W/m2

Is

Cƣờng độ bức xạ toàn phần trên mặt phẳng ngang

W/m2

k

Hệ số truyền nhiệt

W/(m2K)

kbh

Hệ số truyền nhiệt của TBBH

W/(m2 K)

knt,ng

Hệ số truyền nhiệt vùng bão hoà của TBNT

W/(m2K)

knt,qn

Hệ số truyền nhiệt vùng quá nhiệt TBNT

Lƣợng nƣớc trong hệ thống

m

Lƣu lƣợng khối lƣợng môi chất

kg/s

Nel

Công suất điện của máy nén

kW

Nme

Công suất cơ của máy nén

kW

Nr

Công suất nén thực của máy nén

kW

Ns

Công suất nén thuận nghịch của máy nén


Qo

Năng suất lạnh

qk

Năng suất thải nhiệt riêng của TBNT

Qk

Năng suất thải nhiệt

kW

Qtt

Nhiệt tổn thất

kW

rb

Hệ số chuyển đổi đối với thành phần trực xạ

-

rd

Hệ số chuyển đổi đối với thành phần tán xạ


o

tkk

Nhiệt độ môi trƣờng

o

tm,min

Nhiệt độ cực tiểu trung bình tháng

o

to

Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh

o

tk

Nhiệt độ ngƣng tụ của môi chất lạnh

o

tv

Nhiệt độ môi chất cấp nhiệt cho TBBH



Utt

Hệ số tổn thất nhiệt toàn phần của bộ thu

V

Thể tích

m3

Vq

Thể tích quét của máy nén

cm3

Vlt

Lƣu lƣợng thể tích lý thuyết tại đầu hút máy nén

W

Khoảng cách giữa tâm các ống

m

Δ

Sai lệch

Chênh lệch nhiệt độ trung bình trong TBBH

tql

Độ quá lạnh

K

tqn

Độ quá nhiệt

K

tk,qn

K
K

Các ký hiệu theo chữ Hy Lạp
Tên đại lượng

Ký hiệu

Thứ nguyên

𝛼

Hệ số tỏa nhiệt đối lƣu


độ



Góc chắn tia trực xạ

độ



Góc vĩ độ

độ


mt

Góc thời gian

độ

Hệ số phản xạ của môi trƣờng xung quanh

-



Hiệu suất thể tích của máy nén

-

Hệ số làm lạnh

-



Thời gian

s

t,max

Số giờ nắng trong ngày

h/ngày

()
ρ

Tích số truyền – hấp thụ

-



Độ nhớt động học của môi chất

m2/s

μ


d

Đẩy

e

Bay hơi

el

Điện

h

Hút

ht

Hấp thụ

hi

Hữu ích

k

Ngƣng tụ

kk


ql

Quá lạnh
ix


qn

Quá nhiệt

r

Ra, thực, môi chất lạnh

s

Đoạn nhiệt

tb

Trung bình

tt

Tổn thất

tƣ

Tối ƣu

EES

Engineering Equation Solver

Hệ thống NNMTBN
Hệ thống NNNLMT

Hệ thống sản xuất nƣớc nóng dùng bộ thu năng
lƣợng mặt trời kết hợp với bơm nhiệt
Hệ thống sản xuất nƣớc nóng dùng bộ thu năng
lƣợng mặt trời

NLMT

Năng lƣợng mặt trời

SSTĐ

Sai số tƣơng đối

TBBH

Thiết bị bay hơi

TBNT

Thiết bị ngƣng tụ

TRNSYS


đề tài KC.05.03/11-15 ở điểm Hà Nội) ......................................................... 107
Bảng 4.9. Số liệu thực nghiệm và mô phỏng của bộ thu NLMT không có bình
chứa (hệ thống thí nghiệm tại Đại học Bách Khoa Hà Nội) ......................... 108

xi


Bảng 4.10. Số liệu thực nghiệm và mô phỏng của hệ thống NNMTBN 30 m3
....................................................................................................................... 110
Bảng 4.11. Số liệu thực nghiệm của bơm nhiệt (ở Nha Trang) .................... 116
Bảng 4.12. Số liệu mô phỏng của bơm nhiệt................................................. 117
Bảng 4.13. Đánh giá sai số kết quả mô phỏng và thực nghiệm của bơm nhiệt
....................................................................................................................... 118
Bảng 5.1. Các thông số về điều kiện tự nhiên dùng tính toán hệ thống
NNMTBN ....................................................................................................... 125
Bảng 5.2. Tính toán giá trị trung bình tháng của tổng lượng bức xạ ngày cho
địa điểm lắp đặt bộ thu NLMT (Nha Trang) ................................................. 126
Bảng 5.3. Tính toán giá trị trung bình tháng của tổng lượng bức xạ ngày cho
địa điểm lắp đặt bộ thu NLMT (Hà Nội) ....................................................... 126
Bảng 5.4. Tính toán giá trị trung bình tháng của tổng nhiệt trong ngày cho
nhiệt hữu ích, nhiệt cần cấp và nhiệt bổ sung (Nha Trang) ......................... 128
Bảng 5.5. Tính toán giá trị trung bình tháng của tổng nhiệt trong ngày cho
nhiệt hữu ích, nhiệt cần cấp và nhiệt bổ sung (Hà Nội) ............................... 128
Bảng 5.6. Năng suất gia nhiệt và công suất tiêu thụ điện của bơm nhiệt phụ
thuộc vào nhiệt độ ......................................................................................... 131
Bảng 5.7. Số giờ chạy tương đương của một bơm nhiệt ............................... 131

xii





Hình 2.11. Đặc trưng của dòng chảy rối .......................................................... 50
Hình 2.12. Các phương pháp tính rối trong dòng chảy .................................... 51
Hình 2.13. Mô hình bình chứa nước nóng ........................................................ 52
Hình 2.14. Mô hình bộ thu NLMT kiểu ống thủy tinh chân không ................... 54
Hình 2.15. Mô hình mô phỏng hệ thống NNMTBN .......................................... 58
Hình 2.16. Sơ đồ tương tác các đại lượng trong mô phỏng hệ thống NNMTBN58
Hình 2.17. Lưu đồ thuật toán mô phỏng hệ thống NNMTBN ........................... 60
Hình 3.1. Giao diện phần mềm mô phỏng máy nén .......................................... 63
Hình 3.2. Giao diện phần mềm mô phỏng bơm nhiệt ....................................... 64
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý của bộ thu NLMT kiểu ống thủy tinh chân không .. 65
Hình 3.4. Cấu tạo bộ thu NLMT với bình chứa 200 lít ..................................... 65
Hình 3.5. Xây dựng mô hình bộ thu NLMT có bình chứa ................................. 66
Hình 3.6. Chia lưới mô hình bộ thu NLMT có bình chứa ................................. 67
Hình 3.7. Phân bố nhiệt độ trong bình chứa tại thời điểm ban đầu ................. 69
Hình 3.8. Nhiệt độ môi trường trong thời gian mô phỏng ................................ 69
Hình 3.9. Hệ số trao đổi nhiệt từ hệ thống ra môi trường ................................ 70
Hình 3.10. CĐBX mặt trời hấp thụ trên bề mặt bộ thu NLMT ......................... 70
Hình 3.11. Quá trình trao đổi nhiệt trên bề mặt ống thủy tinh chân không ..... 70
Hình 3.12. Thiết lập chế độ mô phỏng cho bộ thu NLMT có bình chứa........... 71
Hình 3.13. Quá trình chạy bộ giải mô hình bộ thu NLMT có bình chứa.......... 71
Hình 3.14. Kết quả mô phỏng bộ thu NLMT có bình chứa ............................... 72
Hình 3.15. Xây dựng mô hình bộ thu NLMT 25 ống ......................................... 74
Hình 3.16. Chia lưới mô hình bộ thu NLMT 25 ống ......................................... 74
Hình 3.17. Thiết lập bộ giải cho mô hình mô phỏng ........................................ 75
Hình 3.18. Kết quả mô phỏng bộ thu NLMT 25 ống......................................... 76
Hình 3.19. Xây dựng và chia lưới mô hình mô phỏng bộ thu NLMT 50 ống ... 78
Hình 3.20. Thiết lập bộ giải cho mô hình mô phỏng bộ thu NLMT 50 ống...... 78
Hình 3.21. Kết quả mô phỏng bộ thu NLMT 50 ống......................................... 79

Hình 4.14. Hệ thống NNMTBN tại thành phố Nha Trang ............................... 102
Hình 4.15. Các bơm nhiệt trong hệ thống NNMTBN....................................... 103
Hình 4.16. Lắp đặt các cảm biến nhiệt độ và bộ chuyển đổi tín hiệu .............. 104
xv


Hình 4.17. Lắp đặt cảm biến đo bức xạ mặt trời ............................................. 104
Hình 4.18. Tủ điện đo, tự ghi số liệu và điều khiển của hệ thống ................... 104
Hình 4.20. Hệ thống NNMTBN tại Hà Nội ...................................................... 106
Hình 4.21. Cảm biến đo nhiệt độ nước trên đường ống .................................. 106
Hình 4.22. Cảm biến đo CĐBX mặt trời .......................................................... 106
Hình 4.23. Tủ điện đo và tự ghi số liệu ............................................................ 106
Hình 4.24. Nhiệt độ nước đầu vào và ra của bình chứa nước nóng ................ 108
bộ thu NLMT có bình chứa .............................................................................. 108
Hình 4.25. Nhiệt độ nước qua bộ thu NLMT ................................................... 109
Hình 4.26. Nhiệt độ nước đi sử dụng của hệ thống NNMTBN ........................ 110
Hình 4.27. Phân tầng nhiệt độ trong bình chứa theo thời gian ....................... 111
Hình 4.28. Phân tầng nhiệt độ trong bình chứa theo chiều cao ...................... 111
Hình 4.29. Phân bố nhiệt độ nước theo trục ngang ......................................... 112
Hình 4.30. Phân bố nhiệt độ nước trong chế độ hoạt động theo chiều cao .... 113
Hình 4.31. Đánh giá sai số kết quả tính toán lưu lượng khối lượng ............... 114
môi chất lạnh với số liệu thực nghiệm ............................................................. 114
Hình 4.32. Đánh giá sai số kết quả tính toán năng suất lạnh.......................... 115
với số liệu thực nghiệm .................................................................................... 115
Hình 4.33. Đánh giá sai số kết quả tính toán công suất điện tiêu thụ ............. 115
của máy nén với số liệu thực nghiệm ............................................................... 115
Hình 5.1. Lưu lượng khối lượng nước tuần hoàn phụ thuộc nhiệt độ nước và
CĐBX do ống hấp thụ. ..................................................................................... 121
Hình 5.2. Lưu lượng khối lượng nước tuần hoàn phụ thuộc nhiệt độ nước và
góc chắn tia trực xạ. ......................................................................................... 121

số ít năng lƣợng tái tạo nhƣ năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời (NLMT)... Quá
trình sử dụng các nhiên liệu hóa thạch để lấy năng lƣợng luôn kèm theo việc phát
thải ra các chất độc hại nhƣ CO2, NOx…, là những chất gây hiệu ứng nhà kính và
làm biến đổi khí hậu toàn cầu, ảnh hƣởng trực tiếp đến sự phát triển cũng nhƣ sức
khỏe con ngƣời. Để ứng phó với các vấn đề nêu trên, “Chiến lƣợc phát triển năng
lƣợng quốc gia của Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến 2050” đã đƣợc chính
phủ phê duyệt ngày 27/12/2007. Theo đó, các quan điểm phát triển năng lƣợng dài
hạn đã đƣợc đƣa ra nhấn mạnh đến nội dung tiết kiệm, sử dụng hiệu quả và đa dạng
nguồn năng lƣợng, cũng nhƣ phát triển các nguồn năng lƣợng tái tạo trong đó có
NLMT [9]. Ngoài ra, theo “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng
sử dụng năng lƣợng hiệu quả”, QCVN 09:2013/BXD, tất cả các công trình sử dụng
nƣớc nóng có công suất lắp đặt trên 50 kW hoặc tiêu thụ năng lƣợng trên 50000
kWh/năm không đƣợc phép sử dụng phƣơng pháp cấp nƣớc nóng bằng điện trở [1].
Một trong các giải pháp thay thế đƣợc ƣu tiên là sử dụng NLMT kết hợp với bơm
nhiệt.
NLMT có thể hiểu là bức xạ nhiệt nhận từ mặt trời. So với các dạng năng
lƣợng khác, NLMT có ƣu điểm là có trữ lƣợng rất lớn và không gây ô nhiễm môi
trƣờng. Năng lƣợng trái đất nhận đƣợc từ mặt trời có công suất khoảng 8 x 10 16 W,
lớn gấp mƣời nghìn lần so với lƣợng tiêu thụ hiện tại của tất cả các nguồn năng
lƣợng thƣơng mại trên thế giới [28]. Do đó, về lý thuyết, NLMT đủ để cung cấp cho
tất cả các nhu cầu năng lƣợng trên thế giới. Ngoài ra, NLMT còn sẵn có với số
lƣợng đáng kể ở hầu hết các vùng trên thế giới có con ngƣời sinh sống. NLMT đƣợc
ứng dụng rộng rãi trên thế giới trong rất nhiều lĩnh vực nhƣ sản xuất nƣớc nóng,
1


ứng dụng trong hệ thống sƣởi ấm, thông gió và điều hòa không khí, trong chƣng cất
xử lý nƣớc, sử dụng để nấu ăn, sản xuất điện, trong lĩnh vực hóa học, lĩnh vực giao
thông vận tải… Tuy nhiên, việc sử dụng NLMT cũng còn có nhiều vấn đề cần khắc
phục và lý do chính là nguồn NLMT rất không tập trung. Ngay cả ở những vùng

2


mô hình hóa dựa trên việc xây dựng mô hình số và dùng phƣơng pháp số để tìm các
lời giải [10].
Ứng dụng mô phỏng trong nghiên cứu hệ thống sản xuất nƣớc nóng dùng bộ
thu NLMT kết hợp với bơm nhiệt (hệ thống NNMTBN) có thể giúp tối ƣu hóa thiết
kế hệ thống, qua đó giảm chi phí về thời gian và nguyên vật liệu xây dựng hệ thống.
Ngoài ra, mô phỏng hệ thống còn giúp ta vận hành hệ thống một cách mềm dẻo và
phù hợp với thực tế. Điều này góp phần làm cho hoạt động của hệ thống đƣợc ổn
định và tiết kiệm năng lƣợng. Các ƣu điểm của việc mô phỏng hệ thống nêu trên
chính là chìa khóa để giải quyết hai hạn chế của hệ thống sản xuất nƣớc nóng dùng
bộ thu NLMT kết hợp với bơm nhiệt hiện nay. Do đó, để giải quyết vấn đề đặt ra ở
trên, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng các quá trình nhiệt trong hệ
thống sản xuất nước nóng dùng bộ thu NLMT kết hợp với bơm nhiệt” để nghiên
cứu.

2. Đối tƣợng nghiên cứu và phƣơng pháp nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu của luận án là hệ thống NNMTBN đƣợc sử dụng phổ biến
tại Việt Nam (hệ thống kết hợp bộ thu NLMT và bơm nhiệt theo kiểu song song).
- Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án là nghiên cứu lý thuyết để xây dựng mô hình
mô phỏng kết hợp với xây dựng mô hình vật lý để nghiên cứu, thí nghiệm qua đó
kiểm chứng và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng. Sử dụng các phần mềm mô phỏng đã
đƣợc xây dựng để nghiên cứu ứng dụng.

3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết từng quá trình nhiệt xảy ra bên trong hệ thống NNMTBN
thông qua việc nghiên cứu các thiết bị chính trong hệ thống nhƣ bình chứa nƣớc
nóng, bơm nhiệt và bộ thu NLMT. Sau đó, tùy thuộc vào đặc điểm của thiết bị
chính, nghiên cứu sâu hơn về các bộ phận cấu thành sẽ đƣợc tiến hành.

phỏng và nghiên cứu đặc tính của hệ thống.
- Phần mềm mô phỏng có thể sử dụng để nghiên cứu, tính toán các hệ thống sản
xuất nƣớc nóng dùng bộ thu NLMT kết hợp với bơm nhiệt thực tế, giúp tiết kiệm
thời gian và giúp tránh đƣợc những rủi ro đầu tƣ không hiệu quả.

5. Điểm mới của luận án
- Xây dựng mới các hàm toán học mô tả hai thông số đặc trƣng của máy nén là hiệu
suất thể tích và hiệu suất không thuận nghịch. Điều này góp phần nâng cao độ chính
xác khi tính toán máy nén và xây dựng phần mềm mô phỏng máy nén.
- Đƣa ra phƣơng pháp kết nối các hàm đặc tính để kết nối các mô-đun đơn lẻ trong
mô hình mô phỏng hệ thống NNMTBN. Phƣơng pháp này là công cụ để kết nối các
phần mềm, các kết quả nghiên cứu khác nhau trong mô phỏng hệ thống. Đề xuất và
xây dựng một mô hình mô phỏng hệ thống NNMTBN sử dụng bình chứa nƣớc
nóng là trung tâm trong môi trƣờng lập trình CFD. Trong môi trƣờng lập trình này,
4


mô hình mô phỏng có thể thay đổi một cách linh hoạt góp phần hỗ trợ tính toán các
phƣơng án thiết kế mới hoặc tối ƣu hóa hệ thống.
- Xây dựng một hệ thống thí nghiệm đủ độ tin cậy để kiểm chứng kết quả mô
phỏng.
- Nghiên cứu đƣợc quá trình phân tầng nhiệt độ của nƣớc trong bình chứa nƣớc
nóng. Các kết quả thu đƣợc có thể ứng dụng trong việc tối ƣu hóa thiết kế bình chứa
nƣớc nóng nhằm nâng cao hiệu suất của hệ thống NNMTBN.
- Nghiên cứu thông số hoạt động của ống thủy tinh chân không thu NLMT cho thấy:
với ống thu NLMT kiểu ống thủy tinh chân không hai lớp, đƣờng kính ngoài 58 mm
(loại ống đƣợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam) đƣợc gắn trực tiếp vào bình chứa thì
lƣu lƣợng khối lƣợng nƣớc tuần hoàn qua ống lớn nhất là 0,0145 kg/s, năng suất
nhiệt hữu ích của ống lớn nhất là 96,88 W. Các kết quả này có thể ứng dụng trong
thiết kế cũng nhƣ tối ƣu hóa bộ thu NLMT.

đình (nhà riêng) và trong khách sạn tại Việt Nam lần lƣợt là 18 % và 30 % (hình
1.1) [75]. Do đó, có thể thấy, việc tiết kiệm năng lƣợng trong sản xuất nƣớc nóng ở
nƣớc ta có ý nghĩa lớn.

Hình 1.1. Nhu cầu năng lượng trong hộ gia đình và khách sạn tại Việt Nam

1.2. Sản xuất nƣớc nóng dùng bộ thu NLMT kết hợp với bơm nhiệt
Hiện nay trên thế giới có ba phƣơng pháp chính kết hợp bộ thu NLMT và
bơm nhiệt để tăng hiệu quả của hệ thống sản xuất nƣớc nóng [16], cụ thể là: sử
dụng bộ thu NLMT để tăng nhiệt độ nguồn lạnh [81], [92], [97], [98]; kết hợp pin
mặt trời để phát điện bộ thu NLMT và bơm nhiệt để sản xuất nƣớc nóng [45], [64],
[102] và kết hợp bộ thu NLMT và bơm nhiệt theo kiểu song song để sản xuất nƣớc
nóng [16], [74], [77], [91]. Phƣơng án sử dụng bộ thu NLMT để tăng nhiệt độ
nguồn lạnh phù hợp với những vùng có khí hậu ôn đới nhƣ Nhật Bản, Bắc Âu... Khi
nhiệt độ môi trƣờng xuống quá thấp, hệ số hiệu quả COP của bơm nhiệt giảm đáng
kể, việc ghép dàn bay hơi với bộ thu NLMT sẽ làm tăng nhiệt độ không khí qua dàn
bay hơi nhờ đó tăng hiệu quả bơm nhiệt. Nƣớc ta nằm trong vùng nhiệt đới, nơi có
CĐBX và số giờ nắng cao, phƣơng pháp kết hợp này không phù hợp [16]. Phƣơng
pháp kết hợp pin mặt trời để phát điện, bộ thu NLMT và bơm nhiệt để cấp nƣớc
6


nóng cũng không phù hợp với điều kiện tự nhiên nƣớc ta, ngoài ra việc triển khai hệ
thống phức tạp với chi phí đầu tƣ ban đầu lớn cũng chƣa phù hợp với mức độ phát
triển và trình độ công nghệ của nƣớc ta hiện nay [16]. Do đó, luận án chỉ tập trung
nghiên cứu hệ thống kết hợp bộ thu NLMT và bơm nhiệt theo kiểu song song để sản
xuất nƣớc nóng.
Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống sản xuất nƣớc nóng dùng bộ thu NLMT
kết hợp với bơm nhiệt (hệ thống NNMTBN) điển hình đƣợc giới thiệu trên hình 1.2.
Hệ thống gồm hai phần chính, kết nối song song với bình chứa nƣớc nóng, là các bộ

nghiên cứu thử nghiệm, nghiên cứu hoạt động, tối ƣu hóa mô hình…
Ứng dụng mô phỏng vào hệ thống NNMTBN có thể đem lại nhiều lợi ích cụ
thể nhƣ sau:
+ Nghiên cứu mô phỏng hệ thống NNMTBN giúp nghiên cứu các đặc tính
của nó trong nhiều chế độ hoạt động khi thiết kế của hệ thống cũng nhƣ các điều
kiện vận hành của hệ thống thay đổi. Điều này giúp tối ƣu hóa thiết kế hệ thống, tiết
kiệm thời gian, chi phí, nguyên vật liệu… xây dựng hệ thống, làm giảm giá thành
của hệ thống.
+ Nghiên cứu mô phỏng hệ thống NNMTBN giúp nghiên cứu hoạt động của
hệ thống phụ thuộc vào các điều kiện tự nhiên (vị trí địa lý, cƣờng độ bức xạ, nhiệt
độ môi trƣờng…) trong thời gian dài. Đây là cơ sở để nghiên cứu, tính toán đánh
giá hiệu quả năng lƣợng của hệ thống đồng thời cũng góp phần điều khiển hoạt
động của hệ thống (một đối tƣợng có quán tính nhiệt lớn) phù hợp với điều kiện
thực tế, giúp hệ thống hoạt động ổn định và tiết kiệm năng lƣợng.
Các lợi ích của việc mô phỏng hệ thống NNMTBN nêu trên góp phần giải
quyết các đặc điểm hạn chế của hệ thống NNMTBN nhƣ đã trình bày ở mục 1.2. Do
đó, việc nghiên cứu mô phỏng hệ thống NNMTBN là có ý nghĩa thực tiễn.

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
Các nghiên cứu mô phỏng hệ thống NNMTBN khá đa dạng, ngày càng
nhiều. Chúng có thể chia thành hai nhóm chính là mô phỏng các bộ phận cấu thành
hệ thống nhƣ: bộ thu NLMT, hệ thống bơm nhiệt, bộ phận trữ nhiệt và mô phỏng hệ
thống kết hợp các bộ phận trên.
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
a. Nghiên cứu mô phỏng về bộ thu NLMT cấp nước nóng
Đây là các nghiên cứu mô phỏng về hoạt động của bộ thu NLMT, xác định các
thông số hoạt động của bộ thu: năng suất nhiệt, phân bố nhiệt độ, lƣu lƣợng khối
8