Tận dụng nhiệt thải từ hệ thống water chiller để nâng cao hiệu suất bơm nhiệt

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

CẢM TẠ

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH SÁCH CÁC HÌNH

DANH SÁCH CÁC BẢNG

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan kết quả nghiên cứu liên quan

1.2. Khái quát nhu cầu sử dụng năng lượng trên thế giới và ở nước ta

1.3. Lịch sử phát triển và các ứng dụng của bơm nhiệt

1.4. Khái quát về nhiệt thải

1.5. Nguồn nhiệt thải từ bình ngưng hệ thống water chiller

1.6. Nhu cầu sử dụng nước nóng tại Việt Nam

1.7. Khái quát tình hình nghiên cứu, ứng dụng trong và ngoài nước

1.8. Tính cấp thiết của đề tài

1.9. Mục đích nghiên cứu của đề tài

1.10. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.11. Phương pháp nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Nguyên lý cấu tạo và làm việc của bơm nhiệt

2.2. Tính toán chu trình bơm nhiệt

2.3. Một số phương pháp gia nhiệt nước nóng

2.3.1. Gia nhiệt nước nóng bằng điện trở

2.3.2. Gia nhiệt nước nóng bằng năng lượng mặt trời

2.3.3. Gia nhiệt nước nóng bằng bơm nhiệt

2.3.4. Gia nhiệt nước nóng bằng hơi từ lò hơi

2.3.5. Gia nhiệt nước nóng từ các nguồn nhiệt thải

2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ bay hơi đến hiệu quả bơm nhiệt

2.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ

2.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi

3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TẬN DỤNG NHIỆT THẢI BÌNH NGƯNG HỆ THỐNG WATER CHILLER CHO BƠM NHIỆT

3.1. Đặt bài toán

3.2. Tính toán chu trình nhiệt

3.3. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

3.4. Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ

3.5. Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi

3.6. Kích thước bình nước nóng

3.7. Thời gian đun nước nóng

3.8. Hệ số hiệu suất năng lượng của bơm nhiệt

4. CHƯƠNG 4: THIẾT LẬP HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM

4.1. Mục đích, ý nghĩa

4.2. Mô tả hệ thống thí nghiệm

4.3. Mô tả hệ thống bơm nhiệt cấp nước nóng ATW

4.4. Mô tả hệ thống bơm nhiệt cấp nước nóng WTW

4.5. Thiết minh các thiết bị đo

4.6. Thiết bị đo dòng điện và điện áp KYORITSU 2012R

4.7. Đồng hồ điều khiển nhiệt độ Ewelly EW-988H

4.8. Đồng hồ đo áp suất

4.9. Đồng hồ đo lưu lượng nước đa tia SENSUS kiểu cánh quạt

4.10. Đồng hồ điện một pha EMIC

4.11. Phương pháp thực nghiệm

5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN

5.1. Kết quả thí nghiệm của hệ thống bơm nhiệt cấp nước nóng ATW

5.2. Kết quả thí nghiệm hệ thống bơm nhiệt cấp nước nóng WTW

5.3. Sự ảnh hưởng của lưu lượng và nhiệt độ nước thải đến hiệu suất của bơm nhiệt

5.4. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải và nhiệt độ môi trường đến hiệu suất của bơm nhiệt ATW và bơm nhiệt WTW

5.5. Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống bơm nhiệt WTW so với hệ thống bơm nhiệt ATW

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

BÀI BÁO KHOA HỌC

BẢNG PHỤ LỤC

I. Tổng quan về nhiệt thải và hệ thống water chiller

Nhiệt thải từ hệ thống water chiller là một nguồn năng lượng quan trọng có thể được tận dụng để nâng cao hiệu suất của bơm nhiệt. Nhiệt thải này thường phát sinh trong quá trình làm lạnh và có thể đạt nhiệt độ từ 30°C đến 40°C. Việc tận dụng năng lượng này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Theo nghiên cứu, việc sử dụng nhiệt thải từ hệ thống làm lạnh có thể cải thiện hiệu suất năng lượng lên đến 30%. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc khai thác nguồn nhiệt này trong bối cảnh hiện nay, khi mà nhu cầu tiết kiệm năng lượng ngày càng cao.

1.1. Nhu cầu sử dụng nước nóng tại Việt Nam

Nhu cầu sử dụng nước nóng tại Việt Nam đang gia tăng nhanh chóng, đặc biệt trong các lĩnh vực như khách sạn, bệnh viện và các khu công nghiệp. Việc sử dụng bơm nhiệt để cung cấp nước nóng từ nhiệt thải của hệ thống water chiller không chỉ đáp ứng nhu cầu này mà còn giúp tiết kiệm năng lượng. Theo thống kê, mỗi năm, lượng nước nóng tiêu thụ tại các cơ sở này có thể lên đến hàng triệu lít. Việc áp dụng công nghệ tái sử dụng nhiệt từ nước thải sẽ góp phần giảm thiểu chi phí vận hành và bảo vệ môi trường. Điều này cũng phù hợp với xu hướng phát triển bền vững mà nhiều quốc gia đang hướng tới.

II. Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

Bơm nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt giữa môi chất lạnh và nguồn nhiệt. Trong quá trình này, nhiệt thải từ hệ thống water chiller được sử dụng để gia nhiệt cho nước, từ đó nâng cao hiệu suất của bơm nhiệt. Hệ thống này bao gồm các thiết bị như máy nén, thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tụ. Khi nhiệt độ nước thải từ hệ thống chiller tăng lên, hiệu suất của bơm nhiệt cũng được cải thiện. Nghiên cứu cho thấy, khi nhiệt độ nước thải vào dao động từ 33°C đến 37°C, hệ số hiệu suất (COP) của bơm nhiệt có thể đạt từ 5,7 đến 6,7. Điều này chứng tỏ rằng việc tận dụng nhiệt thải không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.

2.1. Tính toán chu trình bơm nhiệt

Tính toán chu trình bơm nhiệt là một phần quan trọng trong việc thiết kế và vận hành hệ thống. Các thông số như nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi và lưu lượng nước cần được xác định chính xác để đảm bảo hiệu suất tối ưu. Việc sử dụng công nghệ làm lạnh hiện đại giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của bơm nhiệt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa các thông số này có thể giúp giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng. Điều này không chỉ có lợi cho các doanh nghiệp mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

III. Kết quả thí nghiệm và phân tích

Kết quả thí nghiệm cho thấy, việc sử dụng nhiệt thải từ hệ thống water chiller để cung cấp nước nóng cho bơm nhiệt mang lại hiệu quả rõ rệt. Các thí nghiệm đã được thực hiện với hai mô hình bơm nhiệt: ATW và WTW. Kết quả cho thấy, hệ thống bơm nhiệt WTW có hiệu suất cao hơn so với ATW, với COP đạt từ 5,7 đến 6,7. Điều này chứng tỏ rằng việc tận dụng nhiệt thải không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn nâng cao hiệu suất của hệ thống. Việc áp dụng công nghệ này trong thực tế sẽ giúp giảm thiểu lượng khí thải ra môi trường, đồng thời tiết kiệm chi phí cho các doanh nghiệp.

3.1. Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng

Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng là một yếu tố quan trọng trong việc phát triển bền vững. Việc sử dụng bơm nhiệt kết hợp với nhiệt thải từ hệ thống water chiller không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc áp dụng công nghệ này có thể giảm thiểu lượng khí thải carbon, đồng thời tiết kiệm chi phí vận hành cho các doanh nghiệp. Điều này không chỉ có lợi cho doanh nghiệp mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Nghiên cứu tận dụng nhiệt thải từ hệ thống nước water chiller để cải thiện hiệu suất bơm nhiệt