I. Tổng quan về SAH
Bức xạ nhiệt mặt trời, hay dòng bức xạ điện từ từ mặt trời, được sử dụng để thiết kế các hệ thống thu nhiệt, đặc biệt là collector không khí (SAH). Hệ thống này không chỉ có chi phí đầu tư và vận hành thấp mà còn có độ tin cậy cao. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của SAH là trong việc sưởi ấm nhà kính. Việc sử dụng SAH giúp cung cấp nhiệt năng cần thiết, đặc biệt vào mùa đông, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Theo nghiên cứu của Khalid, việc lắp đặt SAH trên mái nhà kính giúp giảm thiểu tổn thất nhiệt và tối ưu hóa hiệu suất thu nhiệt. Điều này cho thấy tối ưu hóa exergy là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả hoạt động của SAH.
1.1 Tình hình nghiên cứu SAH có sử dụng nhám nhân tạo
Nghiên cứu về nhám nhân tạo trong SAH đã cho thấy rằng việc áp dụng các yếu tố như độ cao và bước nhám tương đối có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu nhiệt. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số này không chỉ nâng cao hiệu suất nhiệt mà còn cải thiện hiệu suất exergy. Tổn thất áp suất lớn do số Reynolds cao có thể làm giảm hiệu suất hiệu dụng của hệ thống. Do đó, việc điều chỉnh các thông số này là cần thiết để đạt được hiệu suất tối ưu. Việc ứng dụng công nghệ collector hiện đại cùng với các phương pháp tối ưu hóa như phương pháp tổng trọng số đã giúp cải thiện đáng kể hiệu quả kinh tế của hệ thống.
II. Xây dựng mô hình tính toán của SAH
Mô hình tính toán của SAH có sử dụng nhám nhân tạo được xây dựng dựa trên các nguyên lý của định luật nhiệt động thứ hai. Việc tính toán hiệu suất nhiệt và hiệu suất exergy là rất quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của hệ thống. Các thông số như diện tích bề mặt hấp thụ, độ cao nhám, và số Reynolds đều được xem xét kỹ lưỡng. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể dẫn đến việc giảm thiểu chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả kinh tế. Đồng thời, mô hình cũng xác định rằng diện tích bề mặt tấm hấp thụ 1.3 m2 là tối ưu để đạt được hiệu suất exergy cao nhất.
2.1 Tính toán năng lượng có ích
Tính toán năng lượng hữu ích là một phần quan trọng trong mô hình SAH. Năng lượng này được xác định dựa trên bức xạ mặt trời và hiệu suất của hệ thống. Các yếu tố như năng lượng tái tạo từ ánh sáng mặt trời cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất tối đa. Việc áp dụng các mô hình tính toán hiện đại giúp theo dõi và điều chỉnh các thông số trong quá trình hoạt động của SAH, từ đó nâng cao hiệu quả thu nhiệt và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Kết quả tính toán cho thấy rằng việc tối ưu hóa chi phí và hiệu suất exergy có thể cải thiện đáng kể hiệu quả hoạt động của hệ thống.
III. Tối ưu hóa hiệu suất exergy và kinh tế
Tối ưu hóa exergy kinh tế cho SAH là một trong những mục tiêu chính của nghiên cứu. Việc sử dụng phương pháp tổng trọng số để xác định hàm mục tiêu cho phép cân nhắc giữa hiệu suất exergy và chi phí hàng năm. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số nhám có thể dẫn đến việc giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu suất. Hệ thống được tối ưu hóa không chỉ cải thiện hiệu suất thu nhiệt mà còn giảm thiểu tổn thất năng lượng, từ đó tăng cường tính bền vững cho các ứng dụng năng lượng tái tạo.
3.1 Lựa chọn phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu
Lựa chọn phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu là một bước quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất exergy và kinh tế của SAH. Việc áp dụng các mô hình toán học phức tạp giúp đánh giá và tối ưu hóa đồng thời nhiều yếu tố khác nhau, từ đó đưa ra giải pháp tối ưu cho hệ thống. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa không chỉ dựa vào một yếu tố mà cần phải xem xét tổng thể các yếu tố tác động như chi phí vận hành, hiệu suất thu nhiệt và hiệu suất exergy. Điều này giúp tạo ra một hệ thống SAH hiệu quả hơn và bền vững hơn trong tương lai.
